JP4637838B2 - Ligation method - Google Patents

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    • C07K1/107General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length by chemical modification of precursor peptides
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Abstract

A method of ligating two or more molecules, for example, peptides to peptides or peptides to labels is provided. The method may comprise the steps: a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety, which is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety or an amino-óxy moiety b) providing a second oligopeptide having an activated ester moiety, c)allowing the reactive moiety of the first oligopeptide to react with the activated ester moiety of the second oligopeptide to form an oligopeptide product, in which the first and second oligopeptides are linked via a linking moiety having Formula I, II or III. The second oligopeptide may preferably be generated by thiol reagent induced cleavage of an intein fusion protein. The invention further provides labelling and ligation methods in which protein hydrazides are ligated by reaction of the hydrazide moiety with an aldehyde functionality or a ketone functionality.

Description

発明の分野Field of Invention

本出願は、2個以上の分子、例えば、有機低分子、標識、ペプチドなどを連結する方法に関する。特に、本出願は、合成ペプチドの組換えペプチドへのライゲーションなどペプチドを連結する方法に関する。   The present application relates to a method of linking two or more molecules, such as small organic molecules, labels, peptides, and the like. In particular, this application relates to methods for linking peptides, such as ligation of synthetic peptides to recombinant peptides.

発明の背景Background of the Invention

タンパク質工学の方法は、基礎研究への応用、診断、薬物の発見のための、また、タンパク質治療としてのタンパク質に基づく手段を作り出すために大変貴重であることが分かっている。制御された方式でタンパク質の一次構造を操作する能力は、生物科学および医学において多くの新しい可能性を開く。ゆえに、タンパク質を部位特異的に修飾し、次にそれを応用するための方法の開発に対して一致協力した努力がなされている。   Protein engineering methods have proven to be very valuable for basic research applications, diagnostics, drug discovery, and for creating protein-based tools as protein therapeutics. The ability to manipulate the primary structure of proteins in a controlled manner opens many new possibilities in biological science and medicine. Therefore, there is a concerted effort to develop methods for site-specific modification of proteins and then application of them.

タンパク質生成の2つの主要な方法は、組換法または化学合成によるものである。これまでのところ、これら2つの方法は、補完的であることがわかっている。すなわち、組換法は、どんなサイズのタンパク質でも生成させることが可能であるが、通常、それらは、タンパク質由来のアミノ酸の組立に限定されている。したがって、一般に、組換えタンパク質への標識およびプローブの導入は、翻訳後に実施しなければならず、タンパク質主鎖への修飾はできない。   The two main methods of protein production are by recombinant methods or chemical synthesis. So far, these two methods have been found to be complementary. That is, recombination methods can produce proteins of any size, but they are usually limited to the assembly of amino acids derived from proteins. Therefore, in general, labeling and probe introduction into a recombinant protein must be performed after translation and cannot be modified into the protein backbone.

組換えタンパク質を標識するための最も一般的な方法は、タンパク質内部のリジン側鎖/Nαアミノ基またはシステイン側鎖とそれぞれ共有結合的に反応する、アミノまたはチオール反応性の型の標識を使用する。このような標識法が部位特異的になるためには、修飾しようとする位置に特有の反応性官能基を含む、適切なタンパク質誘導体を設計しなければならない。これには、一次配列中の他のすべての天然の反応性官能基が、アミノ酸変異誘発によって除去されることが必要となる。タンパク質アミノ官能基の場合、タンパク質内部に多量のリジン残基があり、配列のN末端にはアミノ官能基が存在するため、これはほぼ不可能である。同様に、システインの場合、このプロセスは労力を要し、タンパク質の機能に有害となることがしばしばある。 The most common method for labeling recombinant proteins uses an amino or thiol reactive type of label that reacts covalently with the lysine side chain / N alpha amino group or cysteine side chain inside the protein, respectively. To do. In order for such a labeling method to be site specific, an appropriate protein derivative containing a reactive functional group specific to the position to be modified must be designed. This requires that all other naturally reactive functional groups in the primary sequence are removed by amino acid mutagenesis. In the case of protein amino functional groups, this is almost impossible due to the large amount of lysine residues inside the protein and the amino functional group present at the N-terminus of the sequence. Similarly, in the case of cysteine, this process is labor intensive and often detrimental to protein function.

部位特異的な修飾および/または標識を有するタンパク質の作製は、化学合成法を用いるとより容易に達成できる。タンパク質の化学合成により、部位特異的に、タンパク質の側鎖部分および主鎖部分の双方に複数の修飾を組み込むことが可能となるが、通常、合成し、単離することができる配列の最大の大きさは約50〜100アミノ酸である。   Production of proteins with site-specific modifications and / or labels can be more easily achieved using chemical synthesis methods. Chemical synthesis of proteins allows multiple modifications to be incorporated site-specifically in both the side-chain and main-chain portions of the protein, but usually the largest of the sequences that can be synthesized and isolated The size is about 50-100 amino acids.

タンパク質ライゲーション
タンパク質生成の別の方法は、タンパク質/ペプチドライゲーションである。この方法では、相互に反応性の化学官能基(天然アミノ酸の化学的性質と相互作用しない(orthogonal)、すなわち、天然アミノ酸の反応性部分の反応と比べて、相互に排他的な化学的性質によって反応する)を、保護されていないポリペプチド断片のN末端およびC末端に組み込み、その結果、それらが混合されると化学選択的に反応して、2つの配列を相互に結合するようにする(Cotton GJおよびMuir TW. Chem.Biol.、1999年、6、R247〜R254頁)。化学ライゲーションの原理を、図1に概略的に示す。
Protein ligation Another method of protein production is protein / peptide ligation. In this method, mutually reactive chemical functional groups (orthogonals that do not interact with the chemical properties of the natural amino acid, ie, due to the mutually exclusive chemical properties compared to the reaction of the reactive portion of the natural amino acid). Reacts) at the N- and C-termini of unprotected polypeptide fragments so that when they are mixed, they react chemoselectively to join the two sequences together ( Cotton GJ and Muir TW. Chem. Biol., 1999, 6, R247-R254). The principle of chemical ligation is shown schematically in FIG.

2種の合成ペプチドのライゲーションを行うために、いくつかの化学的性質が利用されており、固相ペプチド合成により多様な範囲の様々な化学官能基をポリペプチド末端に組み込むことができる。これらには、チオエステルを形成させるための、チオ酸とブロモアルキルとの反応(Schnolzer MおよびKent SBH、Science、1992年、256、221〜225頁)、それぞれチアゾリジンまたはオキサゾリジンを形成させるための、アルデヒドとN末端システインまたはトレオニンとの反応(Liu C−FおよびTam J P. Proc.Natl.Acad.Sci.USA、1994年、91、6584〜6588頁)、ヒドラゾンを形成させるための、ヒドラジドとアルデヒドとの反応(Gaertner HF他、Bioconj.Chem.、1992年、3、262〜268頁)、オキシムを形成させるための、アミノキシ基とアルデヒドとの反応(Rose K. J.Am.Chem.Soc.、1994年、116、30〜33頁)、アミド結合を形成させるための、アジドとアリールホスフィンとの反応(シュタウディンガー(Staudinger)ライゲーション)(Nilsson BL、Kiessling LL、およびRaines RT. Org.Lett.、2001年、3、9〜12頁、Kiick他 Proc.Natl.Acad.Sci.USA、2002年、99、19〜24頁)、および、天然のアミド結合を形成させるための、C末端にチオエステルを有するペプチドとN末端にシステインを有するペプチドとの反応(Dawson他 Science、1994年、266、776頁)(ネイティブ化学ライゲーション法、米国特許第6184344号、EP0832096B1)が含まれる。このネイティブ化学ライゲーション法は、水性緩衝液中でのValSPhおよびCysOHの反応が、ジペプチドValCysOHを生じることを示したWielandおよび共同研究者による研究(Wieland T他、Liebigs Ann.Chem.、1953年、583、129〜149頁)を拡張したものである。   Several chemistries have been utilized to perform ligation of two synthetic peptides, and a diverse range of different chemical functional groups can be incorporated at the end of a polypeptide by solid phase peptide synthesis. These include reactions of thioacids with bromoalkyl to form thioesters (Schnolzer M and Kent SBH, Science, 1992, 256, 221-225), aldehydes to form thiazolidine or oxazolidine, respectively. And N-terminal cysteine or threonine (Liu C-F and Tam JP Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1994, 91, 6584-6588), hydrazides and aldehydes to form hydrazones (Gaertner HF et al., Bioconj. Chem., 1992, 3, 262-268), reaction of an aminoxy group with an aldehyde to form an oxime (Rose K. J. Am. Chem. So. 1994, 116, 30-33), reaction of azide with aryl phosphine to form an amide bond (Staudinger ligation) (Nilsson BL, Kiessling LL, and Raines RT. Org.). Lett., 2001, 3, 9-12, Kiick et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2002, 99, 19-24), and the C-terminus to form a natural amide bond. Reaction of a peptide having a thioester with a peptide having a cysteine at the N-terminus (Dawson et al. Science, 1994, 266, 776) (Native Chemical Ligation Method, US Pat. No. 6,184,344, EP0832096B1)This native chemical ligation method is based on studies by Wieland and co-workers who have shown that reaction of ValSPh and CysOH in aqueous buffer yields the dipeptide ValCysOH (Wieland T et al., Liebigs Ann. Chem., 1953, 583 129-149).

ネイティブ化学ライゲーション法がよく使われるようになっているが、これは、反応用にN末端にシステインを含むペプチドを必要とし、したがって、システインがタンパク質中の適切な位置に存在していない場合は、システインをライゲーション部位に導入する必要がある。しかし、タンパク質配列中に余分なチオール基を導入することは、特に、システインは、折り畳み経路を阻害し、または折り畳みタンパク質の機能を損なうことがあるジスルフィド結合を形成する傾向を有するため、その構造/機能に有害となることがある。   Native chemical ligation methods have become popular, but this requires a peptide containing a cysteine at the N-terminus for the reaction, so if the cysteine is not present at the proper position in the protein, Cysteine must be introduced into the ligation site. However, introducing extra thiol groups into the protein sequence, in particular cysteine, has a tendency to form disulfide bonds that can inhibit the folding pathway or impair the function of the folded protein. May be harmful to function.

既知のライゲーション技術には関連する困難および問題があるため、2個の合成断片のライゲーションでは、通常、約100〜150個のアミノ酸からなるタンパク質を化学的に合成することしかできない。2個以上の断片を相互に連結することによって、より大型のタンパク質が合成されているが、これは技術的に難しいことが分かっている(Camarero他 J.Pept.Res.、1998年、54、303〜316頁、Canne LE他、J.Am.Chem.Soc.、1999年、121、8720〜8727頁)。   Because of the difficulties and problems associated with known ligation techniques, ligation of two synthetic fragments usually only allows chemical synthesis of proteins consisting of about 100-150 amino acids. Larger proteins have been synthesized by linking two or more fragments together, but this has proven to be technically difficult (Camarero et al. J. Pept. Res., 1998, 54, 303-316, Canne LE et al., J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 8720-8727).

タンパク質の半合成
合成のタンパク質断片でも組換えにより誘導したタンパク質断片でも相互に結合させることができるタンパク質ライゲーション技術が説明されている。これは、合成断片と組換え断片の組合せ物から大型のタンパク質を構築することを可能にし、天然物および非天然物の双方によって、部位特異的にタンパク質を修飾することを可能にする。このような、いわゆるタンパク質半合成を利用することによって、標的タンパク質内部の複数の異なる部位に部位特異的に、多くの様々な合成部分を組み込むことができる。
Protein Semi-Synthesis Protein ligation techniques are described that can bind synthetic protein fragments or recombinantly derived protein fragments to each other. This allows large proteins to be constructed from a combination of synthetic and recombinant fragments, and allows the protein to be modified site-specifically, both natural and non-natural. By utilizing such so-called protein semisynthesis, many different synthetic moieties can be incorporated site-specifically at a plurality of different sites within the target protein.

ライゲーション戦略で組換えタンパク質を利用するためには、組換え断片が、ライゲーションを促進するための適切な反応性官能基を含んでいなければならない。組換えタンパク質中に特有の反応性官能基を導入するための1つの方法は、N末端のセリン含有配列を過ヨウ素酸酸化することによる。こうした処理はN末端セリンを、N末端アルデヒドを含むグリオキシル部分に変換する。次に、ヒドラジドを含む合成ペプチドが、N末端にグリオキシル基を有するタンパク質とのヒドラゾン結合形成を通じ、化学選択的に、これらのタンパク質のN末端に連結された(Gaertner HF他、Bioconj.Chem.、1992年、3、262〜268頁、Gaertner HF他 J.Biol.Chem.、1994年、269、7224〜7230頁)。N末端システイン残基を有する組換えタンパク質を生成させるために、別の取り組みがなされた。その後、C末端にチオエステルを含む合成ペプチドが、「ネイティブ化学ライゲーション法」に類似した方式で、アミド結合形成を通じて、これらのタンパク質のN末端に部位特異的に結合された(Cotton GJおよびMuir TW. Chem.Biol.、2000年、7、253〜261頁)。しかし、ネイティブ化学ライゲーション法による合成ペプチドのライゲーションと同様に、この技術では、一次配列が適切な位置にシステインを含んでいない場合は、ライゲーション部位にシステインを導入する必要がある。   In order to utilize a recombinant protein in a ligation strategy, the recombinant fragment must contain an appropriate reactive functional group to facilitate ligation. One method for introducing a unique reactive functional group into a recombinant protein is by periodate oxidation of an N-terminal serine-containing sequence. Such treatment converts the N-terminal serine to a glyoxyl moiety containing an N-terminal aldehyde. Next, synthetic peptides containing hydrazides were ligated to the N-terminus of these proteins, chemoselectively through formation of hydrazone bonds with proteins having a glyoxyl group at the N-terminus (Gaertner HF et al., Bioconj. Chem., 1992, 3, 262-268, Gaertner HF et al., J. Biol. Chem., 1994, 269, 7224-7230). Another effort has been made to generate recombinant proteins with an N-terminal cysteine residue. Subsequently, synthetic peptides containing thioesters at the C-terminus were site-specifically linked to the N-terminus of these proteins through amide bond formation in a manner similar to the “native chemical ligation method” (Cotton GJ and Muir TW. Chem. Biol., 2000, 7, 253-261). However, similar to ligation of synthetic peptides by the native chemical ligation method, this technique requires the introduction of a cysteine at the ligation site if the primary sequence does not contain a cysteine at the appropriate position.

タンパク質スプライシング技術
最近、C末端チオエステル基を含む組換えタンパク質の生成を可能にする技術が開発された。C末端のチオエステル官能基は、タンパク質ライゲーションのために利用することができる、タンパク質内部の特有の反応性化学基を供給する。組換えC末端チオエステルタンパク質は、タンパク質スプライシングとして知られている天然の生物学的現象を操作することによって作製される(Paulus H. Annu Rev Biochem 2000、69、447〜496頁)。タンパク質スプライシングとは、翻訳後プロセスであって、タンパク質前駆体が一連の分子内再配列を受けて、インテインと呼ばれる内部領域の正確な除去およびエクステインと呼ばれる2つのフランキング配列のライゲーションをもたらすプロセスである(図2)。一般に、エクステインのどちらにも配列要求性は無いが、インテインはいくつかの保存配列モチーフを特徴とし、このタンパク質ドメインファミリーの100を優に超えるメンバーが現時点で同定されている。
Protein Splicing Technology Recently, a technology has been developed that enables the production of recombinant proteins containing a C-terminal thioester group. The C-terminal thioester functionality provides a unique reactive chemical group within the protein that can be utilized for protein ligation. Recombinant C-terminal thioester proteins are made by manipulating a natural biological phenomenon known as protein splicing (Pauls H. Annu Rev Biochem 2000, 69, pp 447-496). Protein splicing is a post-translational process in which protein precursors undergo a series of intramolecular rearrangements that result in the precise removal of an internal region called intein and the ligation of two flanking sequences called exteins (FIG. 2). In general, neither extein has sequence requirements, but inteins are characterized by several conserved sequence motifs, and well over 100 members of this protein domain family have now been identified.

タンパク質スプライシングの第1のステップは、N末端側エクステイン単位が、インテインの隣接したN末端に常に位置している保存残基Cys/Ser/Thrの側鎖のSH基またはOH基に移される、N→S(またはN→O)アシル転位を伴う。この機序の洞察から、タンパク質スプライシングの第1ステップのみを促進することができるいくつかの変異インテインが設計された(Chong他 Gene.1997年、192、271〜281頁、(Noren他、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.、2000年、39、450〜466頁)。これら人工的に設計されたインテインのうちの1つへのインフレームなN末端融合として発現されるタンパク質を、分子間トランスチオエステル化反応を介してチオールによって切断して、C末端チオエステル組換えタンパク質誘導体を生成させることができる(図3)(Chong他 Gene.1997年、192、271〜281頁、(Noren他、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.、2000年、39、450〜466頁)(New England Biolabs Impact System 国際公開第00/18881号、国際公開第0047751号)。次に、発現タンパク質ライゲーション(expressed protein ligation,EPL)またはインテインを媒介とするタンパク質ライゲーション(intein−mediated protein ligation,IPL)と呼ばれる手順で、このような組換えC末端チオエステルタンパク質のC末端に、N末端システイン残基を含むペプチド配列を特異的に連結することができる(Muir他 Proc.Natl.Acad.Sci.USA、1998年、95、6705〜6710頁、Evans Jr他 Prot.Sci.、1998年、7、2256〜2264頁)。   The first step of protein splicing involves transferring the N-terminal extein unit to the SH or OH group of the side chain of the conserved residue Cys / Ser / Thr that is always located at the adjacent N-terminus of the intein. With N → S (or N → O) acyl rearrangement. From this mechanistic insight, several mutant inteins have been designed that can only promote the first step of protein splicing (Chong et al. Gene. 1997, 192, 271-281, (Noren et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2000, 39, 450-466) proteins expressed as in-frame N-terminal fusions to one of these artificially designed inteins Cleavage by a thiol via a transthioesterification reaction can generate a C-terminal thioester recombinant protein derivative (FIG. 3) (Chong et al. Gene. 1997, 192, 271-281, (Noren et al., Angew). Chem.Int.Ed.Engl., 2000, 39, pages 450-466) (New England Biolabs Impact System International Publication No. 00/18881, International Publication No. 0047751) Next, expressed protein ligation (expressed protein ligation, EPL) or intein-mediated protein ligation (EPL) The peptide sequence containing the N-terminal cysteine residue can be specifically ligated to the C-terminus of such a recombinant C-terminal thioester protein by a procedure called intein-mediated protein ligation (IPL) (Mir et al. Proc. Natl.Acad.Sci.USA, 1998, 95, 6705-6710, Evans Jr et al. Prot.Sci., 1998, , Pp. 2256 to 2264).

合成であろうと組換えであろうと、C末端チオエステルを含むペプチドへのN末端システイン含有ペプチドの化学選択的ライゲーションは、一般に、わずかに塩基性のpHで、チオール補助因子の存在下で実施される。この戦略も、システインが一次配列中に適切に位置していない場合は、システインをライゲーション部位に導入することを必要とする。このライゲーション法のこれらの条件は、タンパク質ライゲーション生成物と最初の反応物の双方の構造および/または機能を改変する可能性を有する。   Chemoselective ligation of N-terminal cysteine-containing peptides to peptides containing C-terminal thioesters, whether synthetic or recombinant, is generally performed in the presence of a thiol cofactor at slightly basic pH. . This strategy also requires the introduction of a cysteine at the ligation site if the cysteine is not properly located in the primary sequence. These conditions of this ligation method have the potential to alter the structure and / or function of both the protein ligation product and the initial reactant.

例えば、ケモカインRANTESは、N末端システインを含む分子へのC末端チオエステル分子のライゲーション(発現タンパク質ライゲーションおよびネイティブ化学ライゲーション)を行うために通常使用される緩衝液である、100mMの2−メルカプトエタンスルホン酸(MESNA)を含む、100mM NaClと100mMリン酸ナトリウムからなるpH7.4の緩衝液中では不安定である。RANTESは、タンパク質の構造および機能を維持するために重要なジスルフィド結合を2つ有している。前述の標準的なライゲーション緩衝液中では、折り畳みタンパク質が、48時間以内に、還元タンパク質およびMESNAタンパク質付加体の混合物に変換されることが判明した。タンパク質混合物の大半は、おそらくは、これらの種の折り畳まれていない性質を反映して、その後に沈殿を形成した(Cotton、未発表)。   For example, the chemokine RANTES is 100 mM 2-mercaptoethanesulfonic acid, a buffer commonly used to perform ligation of C-terminal thioester molecules (expressed protein ligation and native chemical ligation) to molecules containing an N-terminal cysteine. It is unstable in a buffer solution of pH 7.4 consisting of 100 mM NaCl and 100 mM sodium phosphate containing (MESNA). RANTES has two disulfide bonds that are important for maintaining protein structure and function. In the standard ligation buffer described above, it was found that the folded protein was converted to a mixture of reduced protein and MESNA protein adduct within 48 hours. The majority of the protein mixture probably formed a precipitate afterwards, probably reflecting the unfolded nature of these species (Cotton, unpublished).

したがって、本発明者らは、チオール含有緩衝液を必要とするライゲーション反応は、一般に、抗体、抗体断片、および抗体ドメイン、サイトカイン、成長因子などジスルフィド結合を有するタンパク質の完全性を維持するのには適さないと考える。したがって、通常はチオールの不在下で実施されるライゲーション法が必要とされている。例えば、数日間にわたり観察すると、RANTESは、100mM NaClと100mMリン酸ナトリウムからなるpH7.4の緩衝液、およびpH4.5の100mM酢酸ナトリウム緩衝液中では安定であることが判明した(本発明者の未発表の結果)。したがって、このような条件下で実施することができるライゲーション反応は、ジスルフィドを有するタンパク質にもジスルフィドを有さないタンパク質にも適用可能であるはずである。   Thus, we have ligated reactions that require thiol-containing buffers generally to maintain the integrity of antibodies, antibody fragments, and proteins with disulfide bonds, such as antibody domains, cytokines, growth factors, etc. I think that it is not suitable. Therefore, there is a need for a ligation method that is usually performed in the absence of thiols. For example, when observed over several days, RANTES was found to be stable in a pH 7.4 buffer consisting of 100 mM NaCl and 100 mM sodium phosphate, and a 100 mM sodium acetate buffer at pH 4.5. Unpublished results). Thus, ligation reactions that can be performed under such conditions should be applicable to proteins with and without disulfides.

タンパク質標識化
歴史的には、タンパク質ライゲーションとは、2つのペプチド/タンパク質断片を相互に結合することを意味するが、これは、標識がペプチドまたは誘導体化ペプチドであるタンパク質標識化と同義である。同様に、非ペプチド性合成低分子がタンパク質ライゲーションのために必要な反応性化学官能基を含んでいる場合は、タンパク質のN末端またはC末端のいずれかに直接この合成分子をライゲーションすることにより、タンパク質が部位特異的に標識化される。したがって、タンパク質断片のライゲーションのために開発された技術を、ペプチドまたはタンパク質の配列とは無関係な部位特異的な方式で、そのN末端またはC末端のいずれかを直接標識化するのに使用することもできる。
Protein labeling Historically, protein ligation means that two peptides / protein fragments are linked together, which is synonymous with protein labeling, where the label is a peptide or derivatized peptide. Similarly, if the non-peptidic synthetic small molecule contains the reactive chemical functional group necessary for protein ligation, ligating the synthetic molecule directly to either the N-terminus or C-terminus of the protein, The protein is labeled site-specifically. Therefore, the technology developed for ligation of protein fragments should be used to directly label either its N-terminus or C-terminus in a site-specific manner independent of the peptide or protein sequence. You can also.

(対応するN末端セリンタンパク質を過ヨウ素酸酸化することにより生成させた)N末端グリオキシル官能基を含む組換えタンパク質が、標識のヒドラジドまたはアミノキシ誘導体との反応によって、部位特異的にN末端を標識された(Geoghegan KFおよびStroh JG. Bioconj Chem.、1992年、3、138〜146頁、Alouni S他 Eur.J.Biochem.、1995年、227、328〜334頁)。また、N末端システイン残基を含む組換えタンパク質は、それぞれアミドおよびチアゾリジンを形成させるための、チオエステル官能基を含む標識、チオエステルのアシル置換基である標識(Schuler BおよびPannell LK. Bioconjug.Chem.、2002年、13、1039〜43頁)、およびアルデヒド官能基(Zhao他 Bioconj.Chem.、1999年、10、424〜430頁)との反応を通じて、N末端を標識されている。   A recombinant protein containing an N-terminal glyoxyl functional group (generated by periodate oxidation of the corresponding N-terminal serine protein) labels the N-terminus in a site-specific manner by reaction with a labeled hydrazide or aminoxy derivative. (Geoghegan KF and Stroh JG. Bioconj Chem., 1992, 3, 138-146, Alouni S et al. Eur. J. Biochem., 1995, 227, 328-334). Recombinant proteins containing an N-terminal cysteine residue are also labeled with thioester functional groups and thioester acyl substituents to form amides and thiazolidines, respectively (Schuler B and Pannel LK. Bioconjug. Chem. , 2002, 13, 1039-43), and through reaction with aldehyde functionality (Zhao et al. Bioconj. Chem., 1999, 10, 424-430).

タンパク質をライゲーションするためのいくつかの方法があるが、各方法には潜在的な欠点がある。したがって、新規なライゲーション法が必要とされており、特に、合成断片にも組換え断片にも適合性があり、ジスルフィド結合を有さないタンパク質と同様にジスルフィド結合を有するタンパク質のライゲーションで使用することができる方法であり、既存の技術を補完し、タンパク質分野の技術者に別の手段を与えるライゲーション法が必要とされている。   There are several methods for ligating proteins, but each method has potential drawbacks. Therefore, new ligation methods are needed, especially for ligation of proteins that are compatible with synthetic and recombinant fragments and that have disulfide bonds as well as proteins that do not have disulfide bonds. There is a need for a ligation method that complements existing technology and provides another means for protein engineers.

発明の概要Summary of the Invention

本発明者らは、従来技術に関連するいくつかの問題を克服し、従来技術のいくつかの問題を克服する、ペプチド分子を連結するための新しい方法を開発した。   The inventors have developed a new method for linking peptide molecules that overcomes some of the problems associated with the prior art and overcomes some of the problems of the prior art.

したがって、本発明の第1の態様では、
a)反応性部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップと、
b)活性化エステル部分を有する第2のオリゴペプチドを提供するステップと、
c)第1のオリゴペプチドの反応性部分を、第2のオリゴペプチドの活性化エステル部分と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチド生成物を作製する方法が提供される。
Therefore, in the first aspect of the present invention,
a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety;
b) providing a second oligopeptide having an activated ester moiety;
c) reacting the reactive moiety of the first oligopeptide with the activated ester moiety of the second oligopeptide, via the linking moiety of formula I, formula II, or formula III Forming an oligopeptide product in which a peptide and a second oligopeptide are linked, a method of making an oligopeptide product is provided.

Figure 0004637838
Figure 0004637838

好ましい実施形態では、ステップ(c)で前記オリゴペプチドが式IIで表される連結部分を介して連結され、また、ステップ(b)の前記活性化エステル部分がチオエステルではなく、前記活性化エステルは、末端の活性化エステル部分である。   In a preferred embodiment, the oligopeptide is linked in step (c) via a linking moiety represented by formula II, and the activated ester moiety in step (b) is not a thioester, and the activated ester is , The terminal activated ester moiety.

本発明のさらに好ましい実施形態では、前記連結部分は、式Iまたは式IIIで表される連結部分を介して連結される。   In a further preferred embodiment of the present invention, the connecting portion is connected via a connecting portion represented by Formula I or Formula III.

文脈上別の意味で解釈する必要がない限り、ペプチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、およびタンパク質という用語は、互換的に使用される。   Unless the context requires otherwise, the terms peptide, oligopeptide, polypeptide, and protein are used interchangeably.

第1のオリゴペプチドの活性化エステル部分は、チオエステル部分、フェノールエステル部分、ヒドロキシスクシンイミド部分、またはO−アシルイソ尿素部分など任意の適切な活性化エステル部分でよい。   The activated ester moiety of the first oligopeptide may be any suitable activated ester moiety such as a thioester moiety, a phenol ester moiety, a hydroxysuccinimide moiety, or an O-acylisourea moiety.

本発明の好ましい実施形態では、活性化エステル部分は、チオエステル部分である。ペプチドがチオエステルのアシル置換基である任意の適切なチオエステルペプチドを本発明で使用してよい(図4)。   In a preferred embodiment of the invention, the activated ester moiety is a thioester moiety. Any suitable thioester peptide where the peptide is an acyl substituent of a thioester may be used in the present invention (FIG. 4).

このようなチオエステルペプチドは、合成的に作製しても組換えによって作製してもよい。当業者なら、合成ペプチドチオエステルを生成させるための当技術分野で既知の方法をよく知っている。例えば、HFを切断すると同時にC末端チオエステルを生じる、樹脂上での合成によって、合成ペプチドチオエステルを作製することができる(Hojo他、Bull.Chem.Soc.Jpn.、1993年、66、2700〜2706頁)。さらに、組み立てられたペプチドをチオール導入樹脂から切断することにより、C末端チオエステルを生成するために、「セーフティーキャッチ」リンカーの使用が普及している(Shin Y他、J.Am.Chem.Soc.、1999年、121、11684〜11689頁)。   Such thioester peptides may be produced synthetically or recombinantly. Those skilled in the art are familiar with methods known in the art for producing synthetic peptide thioesters. For example, synthetic peptide thioesters can be made by synthesis on a resin that cleaves HF and at the same time yields a C-terminal thioester (Hojo et al., Bull. Chem. Soc. Jpn., 1993, 66, 2700-2706. page). In addition, the use of “safety catch” linkers is widely used to generate C-terminal thioesters by cleaving assembled peptides from thiol-introducing resins (Shin Y et al., J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11684-11689).

さらに、最近では、組換えC末端チオエステルタンパク質の生成を可能にする技術が開発されている。組換えC末端チオエステルタンパク質は、タンパク質スプライシングとして知られている天然の生物学的現象を操作することによって作製することができる。前述したように、タンパク質スプライシングとは、翻訳後プロセスであって、タンパク質前駆体が一連の分子内再配列を受けて、インテインと呼ばれる内部領域の正確な除去およびエクステインと呼ばれる2つのフランキング配列のライゲーションをもたらすプロセスである。   In addition, recently, techniques have been developed that allow the production of recombinant C-terminal thioester proteins. Recombinant C-terminal thioester proteins can be made by manipulating a natural biological phenomenon known as protein splicing. As mentioned above, protein splicing is a post-translational process in which protein precursors undergo a series of intramolecular rearrangements to accurately remove an internal region called intein and two flanking sequences called exteins. It is a process that brings about ligation.

前述したように、タンパク質スプライシングの第1ステップのみを促進することができるいくつかの変異インテインが設計されている(Chong他 Gene.1997年、192、271〜281頁、Noren他、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.、2000年、39、450〜466頁)。これら人工的に設計されたインテインのうちの1つへのインフレームなN末端融合として発現されるタンパク質を、分子間トランスチオエステル化反応を介してチオールによって切断して、C末端チオエステル組換えタンパク質誘導体を生成させることができる(Chong他 Gene.1997年、192、271〜281頁、Noren他、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.、2000年、39、450〜466頁)(New England Biolabs Impact System 国際公開第00/18881号、国際公開第0047751号)。このようなタンパク質チオエステルを本発明の方法で使用してよい(図3を参照のこと)。   As mentioned above, several mutant inteins have been designed that can only promote the first step of protein splicing (Chong et al. Gene. 1997, 192, 271-281, Noren et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2000, 39, 450-466). A protein expressed as an in-frame N-terminal fusion to one of these artificially designed inteins is cleaved by a thiol via an intermolecular transthioesterification reaction to produce a C-terminal thioester recombinant protein derivative (Chong et al. Gene. 1997, 192, 271-281, Noren et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2000, 39, 450-466) (New England Biolabs Impact) System International Publication No. 00/18881, International Publication No. 0047751). Such protein thioesters may be used in the methods of the invention (see FIG. 3).

したがって、本発明の好ましい態様では、ステップ(b)で、チオール試薬に誘導されるインテイン融合タンパク質切断により、第2のオリゴペプチドが生成される。   Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, in step (b), a second oligopeptide is generated by intein fusion protein cleavage induced by a thiol reagent.

したがって、本発明の第2の態様では、
a)反応性部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップと、
b)(i)N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチド前駆体を含むオリゴペプチド前駆体分子を提供し、
(ii)前駆体分子にチオール試薬依存性の切断を起こさせて、C末端にチオエステル部分を有する第2のオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
c)第1のオリゴペプチドの反応性部分を、第2のオリゴペプチド分子と反応させて、式I、II、またはIIIで表される連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチド生成物を作製する方法が提供される。
Therefore, in the second aspect of the present invention,
a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety;
b) (i) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a second oligopeptide precursor fused to the intein domain at the N-terminus;
(Ii) causing the precursor molecule to undergo thiol reagent-dependent cleavage to produce a second oligopeptide molecule having a thioester moiety at the C-terminus;
c) reacting the reactive part of the first oligopeptide with the second oligopeptide molecule, via the linking moiety of formula I, II, or III, the first oligopeptide and the second oligo Forming an oligopeptide product with which the peptide is linked is provided.

第1のオリゴペプチドの反応性部分は、任意の適切な反応性部分でよい。本発明の好ましい実施形態では、この反応性部分は、それぞれ一般式IV、V、またはVIで表されるヒドラジン部分、アミノオキシ部分、またはヒドラジド部分である。

Figure 0004637838
The reactive moiety of the first oligopeptide may be any suitable reactive moiety. In a preferred embodiment of the invention, the reactive moiety is a hydrazine moiety, an aminooxy moiety, or a hydrazide moiety represented by the general formula IV, V, or VI, respectively.
Figure 0004637838

例えば、特定の好ましい実施形態では、反応性部分は式IVで表され、本発明の方法によって作製されたオリゴペプチド生成物において、第1のオリゴペプチドおよび第2のオリゴペプチドは、式Iで表される連結部分を介して連結されている。   For example, in certain preferred embodiments, the reactive moiety is represented by Formula IV, and in the oligopeptide product made by the method of the present invention, the first oligopeptide and the second oligopeptide are represented by Formula I: Are connected via a connecting portion.

さらに好ましい実施形態では、反応性部分は式Vで表され、本発明の方法によって作製されたオリゴペプチド生成物において、第1のオリゴペプチドおよび第2のオリゴペプチドは、式IIで表される連結部分を介して連結されている。   In a further preferred embodiment, the reactive moiety is represented by formula V, and in the oligopeptide product made by the method of the invention, the first oligopeptide and the second oligopeptide are linked by the formula II It is connected through parts.

別の好ましい実施形態では、反応性部分は式VIで表され、本発明の方法によって作製されたオリゴペプチド生成物において、第1のオリゴペプチドおよび第2のオリゴペプチドは、式IIIで表される連結部分を介して連結されている。   In another preferred embodiment, the reactive moiety is represented by Formula VI, and in the oligopeptide product made by the method of the invention, the first oligopeptide and the second oligopeptide are represented by Formula III It is connected via a connecting part.

前述したように、第1のオリゴペプチドは反応性部分を含み、これは、好ましい実施形態では、ヒドラジン部分(例えば式IV)、アミノオキシ部分(例えば式V)、またはヒドラジド部分(例えば式VI)でよい。   As described above, the first oligopeptide includes a reactive moiety, which in a preferred embodiment is a hydrazine moiety (eg, Formula IV), an aminooxy moiety (eg, Formula V), or a hydrazide moiety (eg, Formula VI). It's okay.

本発明のライゲーション法の特有の利点は、チオールの不在下で実施できることである。これにより、ジスルフィド結合を含むタンパク質/ペプチド、ならびにこのような結合をもたないタンパク質の効率的なライゲーションが可能となる。   A particular advantage of the ligation method of the present invention is that it can be performed in the absence of thiols. This allows efficient ligation of proteins / peptides containing disulfide bonds as well as proteins without such bonds.

したがって、本発明の第1および第2の態様の実施形態では、第1のオリゴペプチドおよび第2のオリゴペプチドのうちの少なくとも1種が1つまたは複数のジスルフィド結合を有する。   Accordingly, in embodiments of the first and second aspects of the invention, at least one of the first oligopeptide and the second oligopeptide has one or more disulfide bonds.

ヒドラジン、ヒドラジド、またはアミノオキシを含む合成オリゴペプチドの誘導体は、既知の方法、例えば、固相合成法を用いて、容易に作製することができる。   Derivatives of synthetic oligopeptides containing hydrazine, hydrazide, or aminooxy can be readily prepared using known methods such as solid phase synthesis.

さらに、本発明者らは、ヒドラジン処理により選択的に、N末端でインテインドメインに融合されているタンパク質をインテインから切断して、対応するそのヒドラジド誘導体として所望のタンパク質を遊離させることができることも発見した(例えば、図5を参照のこと)。   Furthermore, the present inventors also discovered that a protein fused to the intein domain at the N-terminus can be selectively cleaved from the intein by hydrazine treatment to release the desired protein as the corresponding hydrazide derivative. (See, eg, FIG. 5).

したがって、本発明のさらに好ましい実施形態では、第1のオリゴペプチドは、ヒドラジンと、N末端でインテインドメインに融合されている第1のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド分子との反応によって生成される。   Thus, in a further preferred embodiment of the invention, the first oligopeptide is produced by reaction of hydrazine with an oligopeptide molecule comprising a first oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus.

実際に、このような反応形態によってこのようなタンパク質ヒドラジドを作製できるという発見は、本発明の独立した態様になっている。   Indeed, the discovery that such a reaction form can produce such a protein hydrazide has become an independent aspect of the present invention.

したがって、本発明の第3の態様は、
a)N末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチドを含むタンパク質分子を提供するステップと、
b)インテインドメインがオリゴペプチドから切断されてタンパク質ヒドラジドを生成するように、前記タンパク質分子をヒドラジンと反応させるステップとを含む、
タンパク質ヒドラジドを生成させる方法を提供する。
Therefore, the third aspect of the present invention
a) providing a protein molecule comprising an oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
b) reacting the protein molecule with hydrazine such that the intein domain is cleaved from the oligopeptide to produce a protein hydrazide.
A method for producing a protein hydrazide is provided.

さらに、C末端にヒドラジド部分を有する第1のオリゴペプチドを生成させるためにこのような反応を用いることに加えて、上述したように第1のオリゴペプチドは活性化エステル部分を有する第2のオリゴペプチドとの反応に利用できるため、本発明は、さらに、2個のペプチドを連結してオリゴペプチド生成物を生成させるための「ワンステップ」の方法にも及ぶ。   Further, in addition to using such a reaction to generate a first oligopeptide having a hydrazide moiety at the C-terminus, as described above, the first oligopeptide has a second oligopeptide having an activated ester moiety. Because it can be utilized for reaction with peptides, the present invention further extends to a “one-step” method for linking two peptides to produce an oligopeptide product.

これは、N末端がインテインに直接結合されている適切なタンパク質を、ヒドラジン、ヒドラジド、またはアミノオキシ部分を有するポリペプチドと反応させることによって、実現することができる。   This can be achieved by reacting a suitable protein with the N-terminus directly attached to the intein with a polypeptide having a hydrazine, hydrazide, or aminooxy moiety.

したがって、第4の態様では、本発明は、
a)ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分である反応性部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップと、
(i)N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)第1のオリゴペプチドの反応性部分を、オリゴペプチド前駆体分子と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップとを含む、
オリゴペプチド生成物を作製する方法を提供する。
Thus, in a fourth aspect, the present invention provides
a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety that is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety;
(I) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a second oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) reacting the reactive portion of the first oligopeptide with the oligopeptide precursor molecule to form the first oligopeptide and the second via a linking moiety of formula I, formula II, or formula III; Forming an oligopeptide product linked to the oligopeptide,
Methods for making oligopeptide products are provided.

したがって、本発明のライゲーション技術は、合成のタンパク質およびペプチドも組換えのタンパク質およびペプチドも利用することができる。したがって、これにより、2個以上の合成ペプチドのライゲーション、2個以上の組換えペプチドのライゲーション、または少なくとも1個の合成ペプチドと少なくとも1個の組換えペプチドとのライゲーションが可能となる。   Thus, the ligation technique of the present invention can utilize both synthetic proteins and peptides as well as recombinant proteins and peptides. Accordingly, this allows ligation of two or more synthetic peptides, ligation of two or more recombinant peptides, or ligation of at least one synthetic peptide and at least one recombinant peptide.

さらに、ペプチドを連結する新規な方法を提供することに加えて、本発明は、合成または組換えペプチドを標識するのにも使用できる。   Furthermore, in addition to providing a novel method for linking peptides, the present invention can also be used to label synthetic or recombinant peptides.

したがって、本発明の第5の態様では、
a)反応性部分を有する標識分子を提供するステップと、
b)活性化エステル部分を有するオリゴペプチドを提供するステップと、
c)標識分子の反応性部分を、オリゴペプチドの活性化エステル部分と反応させて、上記に定義した式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている、標識されたオリゴペプチドを形成させるステップとを含む、
オリゴペプチドを標識する方法が提供される。
Therefore, in the fifth aspect of the present invention,
a) providing a labeled molecule having a reactive moiety;
b) providing an oligopeptide having an activated ester moiety;
c) reacting the reactive part of the label molecule with the activated ester part of the oligopeptide and via the linking moiety of formula I, formula II or formula III as defined above, Forming a labeled oligopeptide linked to
Methods are provided for labeling oligopeptides.

好ましい実施形態では、ステップ(c)において、前記標識分子および前記オリゴペプチドが式IIで表される連結部分を介して連結され、ステップ(b)の前記活性化エステル部分がチオエステルではなく、前記活性化エステルが末端の活性化エステル部分である。   In a preferred embodiment, in step (c), the labeled molecule and the oligopeptide are linked via a linking moiety represented by formula II, wherein the activated ester moiety in step (b) is not a thioester and the active The activated ester is the terminal activated ester moiety.

本発明の好ましい態様では、ステップ(b)において、チオールで誘導されるインテイン融合タンパク質切断により、オリゴペプチドが生成される。   In a preferred embodiment of the invention, in step (b), an oligopeptide is generated by thiol-induced intein fusion protein cleavage.

したがって、本発明の第6の態様では、
a)反応性部分を有する標識分子を提供するステップと、
c)(i)N末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチド前駆体を含むオリゴペプチド前駆体分子を提供し、
(ii)前駆体分子にチオール試薬依存性の切断を起こさせて、C末端にチオエステル部分を有するオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
c)標識分子の反応性部分を、オリゴペプチドと反応させて、式I、II、またはIIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチドを形成させるステップとを含む、
オリゴペプチドを標識する方法が提供される。
Therefore, in the sixth aspect of the present invention,
a) providing a labeled molecule having a reactive moiety;
c) (i) providing an oligopeptide precursor molecule comprising an oligopeptide precursor fused to the intein domain at the N-terminus;
(Ii) causing thiol reagent-dependent cleavage of the precursor molecule to produce an oligopeptide molecule having a thioester moiety at the C-terminus;
c) reacting the reactive part of the labeled molecule with the oligopeptide to produce a labeled oligopeptide in which the labeled molecule and the oligopeptide are linked via a linking moiety of formula I, II or III Forming a step,
Methods are provided for labeling oligopeptides.

別法として、末端に活性化エステル部分を有する標識分子を用いて、反応性部分を有するオリゴペプチドを標識することもできる。したがって、本発明の第7の態様では、
a)アシル置換基である、活性化エステル部分を有する標識分子を提供するステップと、
b)反応性部分を有するオリゴペプチドを提供するステップと、
c)標識分子の活性化エステル部分を、オリゴペプチドの反応性部分と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチドを形成させるステップとを含む、
オリゴペプチドを標識する方法であって、
ステップ(c)において前記標識分子およびオリゴペプチドが式IIで表される連結部分を介して連結され、ステップ(b)の前記活性化エステル部分がチオエステルではなく、前記活性化エステルが末端の活性化エステル部分である方法が提供される。
Alternatively, an oligopeptide having a reactive moiety can be labeled with a label molecule having an activated ester moiety at the end. Therefore, in the seventh aspect of the present invention,
a) providing a labeled molecule having an activated ester moiety that is an acyl substituent;
b) providing an oligopeptide having a reactive moiety;
c) reacting the activated ester moiety of the labeled molecule with the reactive moiety of the oligopeptide to link the labeled molecule to the oligopeptide via a linking moiety represented by Formula I, Formula II, or Formula III. Forming a labeled oligopeptide comprising:
A method for labeling oligopeptides, comprising:
In step (c), the labeled molecule and oligopeptide are linked via a linking moiety represented by formula II, wherein the activated ester moiety in step (b) is not a thioester and the activated ester is terminal activated. Methods are provided that are ester moieties.

ライゲーション技術と同様に、インテイン分子に連結された前駆体分子として存在しているオリゴペプチドを直接標識することもできる。したがって、本発明の第8の態様は、
a)反応性部分を有する標識分子を提供するステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)標識分子の反応性部分を、オリゴペプチド前駆体分子と反応させて、上記に定義した式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチド生成物を形成させるステップとを含む、
オリゴペプチドを標識する方法を提供する。
Similar to the ligation technique, oligopeptides present as precursor molecules linked to intein molecules can also be directly labeled. Accordingly, the eighth aspect of the present invention provides
a) providing a labeled molecule having a reactive moiety;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising an oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) The reactive part of the label molecule is reacted with the oligopeptide precursor molecule, and the label molecule and the oligopeptide are linked via the linking moiety represented by formula I, formula II, or formula III as defined above. Forming a labeled oligopeptide product, wherein
Methods for labeling oligopeptides are provided.

本発明の方法では、当業者に既知の任意の適切な標識分子を使用してよい。標識の選択は、標識ペプチドが使われる予定の用途に応じて変わる。例えば、本発明の方法で使用できる標識としては、フルオロフォア、架橋試薬、スピン標識、アフィニティープローブ、イメージング試薬、例えば放射性同位体、DOTAなどのキレート剤、PEGなどのポリマー、脂質、糖、細胞毒性薬、ならびに固体表面およびビーズを挙げることができる。   Any suitable label molecule known to those skilled in the art may be used in the methods of the invention. The choice of label will depend on the application for which the label peptide is to be used. For example, labels that can be used in the method of the present invention include fluorophores, cross-linking reagents, spin labels, affinity probes, imaging reagents such as radioisotopes, chelating agents such as DOTA, polymers such as PEG, lipids, sugars, cytotoxicity Mention may be made of drugs and solid surfaces and beads.

本発明の第5、第6、および第7の態様の特定の実施形態では、標識およびオリゴペプチドのうちの少なくとも1種が、1つまたは複数のジスルフィド結合を有する。   In certain embodiments of the fifth, sixth, and seventh aspects of the invention, at least one of the label and the oligopeptide has one or more disulfide bonds.

本発明の方法は、ペプチドのライゲーション、特に、従来のライゲーション技術を用いると、様々な保護基を必要とするはずであるペプチドのライゲーションにおいて特に有用である。本発明者らは、反応性部分のみが反応するpH条件下で本発明の方法を実施できることを示した。   The methods of the invention are particularly useful in peptide ligation, particularly peptide ligation that would require various protecting groups using conventional ligation techniques. The inventors have shown that the method of the invention can be carried out under pH conditions where only the reactive moiety reacts.

本発明の第1および第2の態様の好ましい実施形態、ならびに本発明の第4から第8の態様の好ましい実施形態では、pH4.0〜pH8.5の範囲、好ましくはpH4.0〜pH8.0、例えば、pH4.0〜7.5、より好ましくは、pH5.0〜pH8.0の範囲、より好ましくはpH6.0〜pH7.5の範囲、最も好ましくはpH6.5〜pH7.5の範囲のpHで本方法のステップ(c)を実施する。   In preferred embodiments of the first and second aspects of the invention, and in preferred embodiments of the fourth to eighth aspects of the invention, a range of pH 4.0 to pH 8.5, preferably pH 4.0 to pH 8. 0, for example, pH 4.0 to 7.5, more preferably pH 5.0 to pH 8.0, more preferably pH 6.0 to pH 7.5, most preferably pH 6.5 to pH 7.5. Perform step (c) of the process at a pH in the range.

例えば、本発明者らは、合成ペプチドのC末端のチオエステルが、pH6.0、水性条件下でヒドラジンと特異的に反応して、対応するペプチドヒドラジドを形成することを実証した。これにより、潜在的に有害なチオール補助因子(断片または最終構築体がチオールの影響を受けやすい場合は有用である)を必要とせずに、本明細書で記述するライゲーション法をpH6.0で実施することが可能となり、潜在的に反応性の側鎖基(チオールなど)のタンパク質中への導入が起こらない。同様に、本発明者らは、合成ペプチドのC末端のチオエステルが、pH6.0およびpH6.8、水性条件下でヒドロキシルアミンと特異的に反応して、対応するペプチドヒドロキサム酸を形成することも実証した。さらに、後述するように、本発明者らは、合成ペプチドC末端のチオエステルも組換えタンパク質のC末端チオエステルも、pH7.5、水性条件下でO−メチルヒドロキシルアミンと特異的に反応して、対応するC末端N−メトキシアミド誘導体を形成することも実証した。これにより、潜在的に有害なチオール補助因子を必要とせずに、本明細書で記述するライゲーション法をpH7.5で実施することが可能となる。   For example, the inventors have demonstrated that the C-terminal thioester of a synthetic peptide reacts specifically with hydrazine under aqueous conditions at pH 6.0 to form the corresponding peptide hydrazide. This allows the ligation method described herein to be performed at pH 6.0 without the need for potentially harmful thiol cofactors (useful if the fragment or final construct is sensitive to thiols). And the introduction of potentially reactive side chain groups (such as thiols) into the protein does not occur. Similarly, we may also note that the C-terminal thioester of a synthetic peptide reacts specifically with hydroxylamine under aqueous conditions at pH 6.0 and pH 6.8 to form the corresponding peptide hydroxamic acid. Demonstrated. Furthermore, as described below, the present inventors specifically reacted with O-methylhydroxylamine at pH 7.5, aqueous conditions, both the synthetic peptide C-terminal thioester and the recombinant protein C-terminal thioester, It has also been demonstrated to form the corresponding C-terminal N-methoxyamide derivative. This allows the ligation method described herein to be performed at pH 7.5 without the need for potentially harmful thiol cofactors.

チオエステル基を含むペプチドおよびタンパク質(この場合、ペプチドはチオエステルのアシル置換基である)を、標識またはペプチドのヒドラジン、ヒドラジド、またはアミノオキシ誘導体と反応させて、それぞれ部位特異的標識および化学選択的ライゲーションを行うことができる(例えば、図4および図5を参照のこと)。   Peptides and proteins containing a thioester group (where the peptide is an acyl substituent of the thioester) are reacted with a hydrazine, hydrazide, or aminooxy derivative of the label or peptide to provide site-specific labeling and chemoselective ligation, respectively. Can be performed (see, eg, FIGS. 4 and 5).

類似した方法で、ヒドラジン、ヒドラジド、またはアミノオキシ基を含むペプチドを、標識またはペプチドのチオエステル誘導体と反応させて、それぞれ部位特異的標識および化学選択的ライゲーションを行うことができる(例えば、図4および図5を参照のこと)。   In a similar manner, peptides containing hydrazine, hydrazide, or aminooxy groups can be reacted with a label or a thioester derivative of the peptide for site-specific labeling and chemoselective ligation, respectively (eg, FIG. 4 and See FIG.

さらに、本発明者らは、タンパク質−インテイン融合物をヒドラジンで切断することによって組換えタンパク質ヒドラジドを生成させられることを実証して、ヒドラジド部分を活性化エステル部分以外の反応性の基、例えば、アルデヒド官能基またはケトン官能基と反応させることによって、このようなタンパク質ヒドラジドを連結できることも示した。例えば、後述するように、本発明者らは、記載した方法を用いて、合成ペプチドのピルボイル誘導体を組換えタンパク質ヒドラジドのC末端に化学選択的に連結できることを示し、また、類似した方法で、記載した方法により、フルオレセインのピルボイル誘導体を用いて組換えタンパク質ヒドラジドのC末端を部位特異的に標識した。   In addition, the inventors have demonstrated that the protein-intein fusion can be cleaved with hydrazine to produce a recombinant protein hydrazide, and the hydrazide moiety can be a reactive group other than an activated ester moiety, such as It has also been shown that such protein hydrazides can be linked by reacting with aldehyde functional groups or ketone functional groups. For example, as described below, the inventors have shown that the described method can be used to chemoselectively link a pyruvyl derivative of a synthetic peptide to the C-terminus of a recombinant protein hydrazide, and in a similar manner, By the method described, the C-terminus of the recombinant protein hydrazide was site-specifically labeled with a pyruboyl derivative of fluorescein.

本発明のこの態様は、組換えペプチドを第2のペプチドに、または実際には標識に連結する、さらなる新規な方法を提供する。   This aspect of the invention provides a further novel method of linking a recombinant peptide to a second peptide or indeed to a label.

したがって、本発明の第9の態様は、
a)アルデヒドまたはケトン部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)前記オリゴペプチド前駆体分子をヒドラジンと反応させて、C末端にヒドラジド部分を有するオリゴペプチド中間体を含むオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
d)第1のオリゴペプチドのアルデヒドまたはケトン部分を、オリゴペプチド中間体分子のヒドラジド部分と反応させて、ヒドラゾン連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップとを含む、
オリゴペプチド生成物を作製する方法を提供する。
Accordingly, the ninth aspect of the present invention provides
a) providing a first oligopeptide having an aldehyde or ketone moiety;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a second oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) reacting the oligopeptide precursor molecule with hydrazine to produce an oligopeptide molecule comprising an oligopeptide intermediate having a hydrazide moiety at the C-terminus;
d) The first oligopeptide and the second oligopeptide are linked via a hydrazone linking moiety by reacting the aldehyde or ketone moiety of the first oligopeptide with the hydrazide moiety of the oligopeptide intermediate molecule. Forming an oligopeptide product,
Methods for making oligopeptide products are provided.

本態様の例を図6に示す。   An example of this aspect is shown in FIG.

本発明の第10の態様は、
a)アルデヒドまたはケトン部分を有する標識分子を提供するステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されている第1のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)前記オリゴペプチド前駆体分子をヒドラジンと反応させて、末端にヒドラジド部分を有するオリゴペプチド中間体を含むオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
d)標識分子のアルデヒドまたはケトン部分を、オリゴペプチド中間体分子のヒドラジド部分と反応させて、ヒドラゾン連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている、標識されたオリゴペプチド生成物を形成させるステップとを含む、
オリゴペプチドを標識する方法を提供する。
The tenth aspect of the present invention provides
a) providing a labeled molecule having an aldehyde or ketone moiety;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a first oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) reacting said oligopeptide precursor molecule with hydrazine to produce an oligopeptide molecule comprising an oligopeptide intermediate having a hydrazide moiety at the end;
d) reacting the aldehyde or ketone moiety of the labeled molecule with the hydrazide moiety of the oligopeptide intermediate molecule to produce a labeled oligopeptide product in which the labeled molecule and oligopeptide are linked via a hydrazone linking moiety. Forming a step,
Methods for labeling oligopeptides are provided.

本発明の第9および第10の態様の好ましい実施形態では、ヒドラゾン部分は式VIIで表される。

Figure 0004637838

(式中、RはH、または任意の置換もしくは非置換、好ましくは非置換のアルキル基である。) In preferred embodiments of the ninth and tenth aspects of the invention, the hydrazone moiety is represented by Formula VII.
Figure 0004637838

Wherein R is H or any substituted or unsubstituted, preferably unsubstituted alkyl group.

本発明の第9および第10の態様の好ましい態様では、pH1.0〜pH7.0の範囲、好ましくはpH1.0〜pH6.0、より好ましくは、pH2.0〜pH5.5の範囲、最も好ましくはpH2.0〜pH4.5の範囲のpHで、本方法を実施する。   In preferred embodiments of the ninth and tenth aspects of the present invention, a range of pH 1.0 to pH 7.0, preferably pH 1.0 to pH 6.0, more preferably a range of pH 2.0 to pH 5.5, most The method is preferably carried out at a pH in the range of pH 2.0 to pH 4.5.

本発明の第9および第10の態様の特定の実施形態では、オリゴペプチドまたは標識のアルデヒドまたはケトン含有部分は、α−ジケトン基またはα−ケトアルデヒド基である。   In certain embodiments of the ninth and tenth aspects of the invention, the aldehyde or ketone containing moiety of the oligopeptide or label is an α-diketone group or an α-ketoaldehyde group.

本発明の第11の態様では、本発明の方法を用いて作製されたオリゴペプチド生成物が提供される。   In an eleventh aspect of the present invention, oligopeptide products made using the methods of the present invention are provided.

第12の態様では、本発明の方法により標識されたオリゴペプチドを含む標識オリゴペプチドが提供される。   In a twelfth aspect, a labeled oligopeptide comprising an oligopeptide labeled by the method of the present invention is provided.

本発明の各態様の好ましい特徴は、他の態様のそれぞれに関しては必要に応じて変更を加える。   Preferred features of each aspect of the invention are modified as necessary for each of the other aspects.

以下に、添付図を参照して、以下の非限定的な実施例により本発明をさらに説明する。   The invention will now be further described by the following non-limiting examples with reference to the accompanying drawings.

実施例1−ペプチド/タンパク質のチオエステルとヒドラジン/ヒドラジドまたはアミノキシ官能基を含む化合物との反応を用いたタンパク質ライゲーション/部位特異的タンパク質標識
A)pH6.0における、C末端にチオエステルを有するペプチドと100mMヒドラジンとの反応
100mMヒドラジン一水和物(200μL)を含有するpH6.0の200mMリン酸ナトリウム緩衝液を、AS626p1Aと名づけたモデル合成C末端チオエステルペプチド(200μg)に加えて、最終ペプチド濃度を317μMとした。AS626p1Aは、配列ARTKQTARK(Me) STGGKAPRKQ LATKAARK−COS−(CH−COOC(配列番号1)を有しており、この配列中では、ただ1つのアラニン残基(配列番号1のアラニン残基のうちのどの1つでもよい)がアルギニン残基によって置換されている。反応を室温でインキュベートし、分析用逆相HPLCを用いて経時的に観察した。Vydac C18カラム(5μM、0.46×25cm)。アセトニトリル−水/0.1%TFAの直線勾配を用いて、流速1mL/分でペプチドを溶出させた。エレクトロスプレー質量分析法により、カラムから溶出する個々のペプチドの特性を決定した。
Example 1 Protein Ligation / Site Specific Protein Labeling Using Reactions of Peptide / Protein Thioesters with Hydrazine / Hydrazide or Compounds Containing Aminoxy Functionality A) Peptides with Thioesters at the C-Terminal and 100 mM at pH 6.0 Reaction with Hydrazine 200 mM sodium phosphate buffer at pH 6.0 containing 100 mM hydrazine monohydrate (200 μL) was added to a model synthetic C-terminal thioester peptide (200 μg) termed AS626p1A to give a final peptide concentration of 317 μM. It was. AS626p1A has the sequence ARTKQTARK (Me) 3 STGGKAPRKQ LATKAARK-COS- (CH 2 ) 2 -COOC 2 H 5 (SEQ ID NO: 1), in which only one alanine residue (SEQ ID NO: 1) Any one of the alanine residues) is replaced by an arginine residue. The reaction was incubated at room temperature and observed over time using analytical reverse phase HPLC. Vydac C18 column (5 μM, 0.46 × 25 cm). Peptides were eluted at a flow rate of 1 mL / min using a linear gradient of acetonitrile-water / 0.1% TFA. The characteristics of individual peptides eluting from the column were determined by electrospray mass spectrometry.

B)pH6.0における、C末端にチオエステルを有するペプチドと100mMヒドロキシルアミンとの反応
100mM塩酸ヒドロキシルアミン(200μL)を含有するpH6.0の200mMリン酸ナトリウム緩衝液をAS626p1A(200μg)に加えて、最終ペプチド濃度を317μMとした。反応を室温でインキュベートし、分析用逆相HPLCを用いて経時的に観察した。Vydac C18カラム(5μM、0.46×25cm)。アセトニトリル−水/0.1%TFAの直線勾配を用いて、流速1mL/分でペプチドを溶出させた。エレクトロスプレー質量分析法により、カラムから溶出する個々のペプチドの特性を決定した。
B) Reaction of a peptide having a thioester at the C-terminus and 100 mM hydroxylamine at pH 6.0 200 mM sodium phosphate buffer at pH 6.0 containing 100 mM hydroxylamine hydrochloride (200 μL) was added to AS626p1A (200 μg), The final peptide concentration was 317 μM. The reaction was incubated at room temperature and observed over time using analytical reverse phase HPLC. Vydac C18 column (5 μM, 0.46 × 25 cm). Peptides were eluted at a flow rate of 1 mL / min using a linear gradient of acetonitrile-water / 0.1% TFA. The characteristics of individual peptides eluting from the column were determined by electrospray mass spectrometry.

C)pH6.8における、C末端にチオエステルを有するペプチドと100mMヒドロキシルアミンとの反応
100mM塩酸ヒドロキシルアミン(200μL)を含有するpH6.8の200mMリン酸ナトリウム緩衝液をAS626p1A(200μg)に加えて、最終ペプチド濃度を317μMとした。反応を室温でインキュベートし、分析用逆相HPLCを用いて経時的に観察した。Vydac C18カラム(5μM、0.46×25cm)。アセトニトリル−水/0.1%TFAの直線勾配を用いて、流速1mL/分でペプチドを溶出させた。エレクトロスプレー質量分析法により、カラムから溶出する個々のペプチドの特性を決定した。
C) Reaction of a peptide having a thioester at the C-terminus with 100 mM hydroxylamine at pH 6.8 200 mM sodium phosphate buffer at pH 6.8 containing 100 mM hydroxylamine hydrochloride (200 μL) was added to AS626p1A (200 μg), The final peptide concentration was 317 μM. The reaction was incubated at room temperature and observed over time using analytical reverse phase HPLC. Vydac C18 column (5 μM, 0.46 × 25 cm). Peptides were eluted at a flow rate of 1 mL / min using a linear gradient of acetonitrile-water / 0.1% TFA. The characteristics of individual peptides eluting from the column were determined by electrospray mass spectrometry.

D)pH6.8における、C末端にチオエステルを有するペプチドと10mMヒドロキシルアミンとの反応
100mMヒドロキシルアミンを10mMヒドロキシルアミンに置き換えて、C)で記述した手順を繰り返した。
D) Reaction of a peptide having a thioester at the C-terminus with 10 mM hydroxylamine at pH 6.8 The procedure described in C) was repeated, replacing 100 mM hydroxylamine with 10 mM hydroxylamine.

E)pH7.5における、C末端にチオエステルを有するペプチドと10mMヒドロキシルアミンとの反応
pH7.5で、D)で記述した手順を繰り返した。
E) Reaction of a peptide having a thioester at the C-terminus with 10 mM hydroxylamine at pH 7.5 The procedure described in D) was repeated at pH 7.5.

F)pH7.5における、C末端にチオエステルを有するペプチドと2mMヒドロキシルアミンとの反応
10mMヒドロキシルアミンを2mMヒドロキシルアミンに置き換えて、E)で記述した手順を繰り返した。
F) Reaction of peptide having thioester at C-terminus with 2 mM hydroxylamine at pH 7.5 The procedure described in E) was repeated replacing 10 mM hydroxylamine with 2 mM hydroxylamine.

G)pH7.5における、C末端にチオエステルを有するペプチドと100mM O−メチルヒドロキシルアミン(NH−O−CH)との反応
100mM O−メチルヒドロキシルアミン(200μL)を含有するpH7.5の200mMリン酸ナトリウム緩衝液を、C末端がチオエステルである合成ペプチドAS626p1A(200μg)に加えて、最終ペプチド濃度を317μMとした。反応を室温でインキュベートし、分析用逆相HPLCを用いて経時的に観察した。Vydac C18カラム(5μM、0.46×25cm)。アセトニトリル−水/0.1%TFAの直線勾配を用いて、流速1mL/分でペプチドを溶出させた。エレクトロスプレー質量分析法により、カラムから溶出する個々のペプチドの特性を決定した。
G) Reaction of a peptide having a thioester at the C-terminus and 100 mM O-methylhydroxylamine (NH 2 —O—CH 3 ) at pH 7.5 200 mM at pH 7.5 containing 100 mM O-methylhydroxylamine (200 μL) Sodium phosphate buffer was added to the synthetic peptide AS626p1A (200 μg) whose C-terminus is a thioester to give a final peptide concentration of 317 μM. The reaction was incubated at room temperature and observed over time using analytical reverse phase HPLC. Vydac C18 column (5 μM, 0.46 × 25 cm). Peptides were eluted at a flow rate of 1 mL / min using a linear gradient of acetonitrile-water / 0.1% TFA. The characteristics of individual peptides eluting from the column were determined by electrospray mass spectrometry.

H)pH7.5における、C末端にチオエステルを有するペプチドと10mM O−メチルヒドロキシルアミンとの反応
100mM O−メチルヒドロキシルアミンを10mM O−メチルヒドロキシルアミンで置き換えて、G)で記述した手順を繰り返した。
H) Reaction of a peptide having a thioester at the C-terminus with 10 mM O-methylhydroxylamine at pH 7.5. The procedure described in G) was repeated replacing 100 mM O-methylhydroxylamine with 10 mM O-methylhydroxylamine. .

I)pH7.5における、C末端にチオエステルを有する組換えタンパク質と100mM O−メチルヒドロキシルアミンとの反応
以下の実施例2で記述するように、融合タンパク質Grb2−SH2−GyrAインテイン−CBDの切断により、組換えGrb2−SH2のC末端メルカプトエタンスルホン酸チオエステル誘導体を生成させた。この組換えC末端チオエステルタンパク質(100μg)を、pH7.5の200mMリン酸ナトリウム緩衝液に溶かした100mM O−メチルヒドロキシルアミン(200μL)と反応させた。反応を室温でインキュベートし、分析用逆相HPLCを用いて経時的に観察した。Vydac C5カラム(5μM、0.46×25cm)。アセトニトリル−水/0.1%TFAの直線勾配を用いて、流速1mL/分でペプチドを溶出させた。エレクトロスプレー質量分析法により、カラムから溶出する個々のペプチドの特性を決定した。
I) Reaction of recombinant protein with thioester at C-terminus and 100 mM O-methylhydroxylamine at pH 7.5 by cleavage of the fusion protein Grb2-SH2-GyrA intein-CBD as described in Example 2 below. The C-terminal mercaptoethanesulfonic acid thioester derivative of recombinant Grb2-SH2 was generated. This recombinant C-terminal thioester protein (100 μg) was reacted with 100 mM O-methylhydroxylamine (200 μL) dissolved in 200 mM sodium phosphate buffer at pH 7.5. The reaction was incubated at room temperature and observed over time using analytical reverse phase HPLC. Vydac C5 column (5 μM, 0.46 × 25 cm). Peptides were eluted at a flow rate of 1 mL / min using a linear gradient of acetonitrile-water / 0.1% TFA. The characteristics of individual peptides eluting from the column were determined by electrospray mass spectrometry.

結果
これらの実施例は、ペプチド/タンパク質C末端のチオエステルとヒドラジン/ヒドラジドまたはアミノキシ官能基を含む化合物との反応を用いて、本発明の合成タンパク質配列および組換えタンパク質配列の双方のタンパク質ライゲーション/部位特異的なタンパク質標識を行うための新規な戦略を示している。
Results These examples use the reaction of peptide / protein C-terminal thioesters with compounds containing hydrazine / hydrazide or aminoxy functional groups to produce protein ligations / sites of both synthetic and recombinant protein sequences of the invention. It represents a novel strategy for performing specific protein labeling.

前述したように、精製した合成27アミノ酸C末端チオエステルペプチド(エチル3−メルカプトプロピオナートチオエステル誘導体)を、様々な条件下でヒドラジンおよびヒドロキシルアミンで処理した(表1)。   As described above, purified synthetic 27 amino acid C-terminal thioester peptide (ethyl 3-mercaptopropionate thioester derivative) was treated with hydrazine and hydroxylamine under various conditions (Table 1).

pH6.0、100mMヒドラジンで処理すると、HPLCによる分析において出発時のチオエステルペプチドより早く溶出するペプチド種が形成された。この物質は、ESMSにより、期待されたペプチドヒドラジドとして同定された:観測質量=3054Da、期待質量(アイソトープ化合物の平均)は3053Da。ペプチドヒドラジドを形成するための、C末端がチオエステルであるペプチドとヒドラジンとの反応を、逆相HPLCを用いて経時的に観察した。3日後でさえも、副生成物を形成することなく、所望の物質のみが形成された。これらの反応条件下でペプチドヒドラジドが安定であることは、この反応がC末端チオエステル部分で起こり、化学選択的な性質を有することを示唆している。このことから、タンパク質ライゲーションおよび標識のためにこの反応を適用できることも強調される(2時間で70%の変換、4時間で95%を超える変換)。   Treatment with pH 6.0, 100 mM hydrazine formed a peptide species that eluted earlier than the starting thioester peptide as analyzed by HPLC. This material was identified by ESMS as the expected peptide hydrazide: observed mass = 3054 Da, expected mass (average of isotope compounds) is 3053 Da. The reaction of a peptide having a C-terminal thioester and hydrazine to form a peptide hydrazide was observed over time using reverse phase HPLC. Even after 3 days, only the desired material was formed without forming by-products. The stability of the peptide hydrazide under these reaction conditions suggests that this reaction occurs at the C-terminal thioester moiety and has chemoselective properties. This also emphasizes that this reaction can be applied for protein ligation and labeling (70% conversion in 2 hours,> 95% conversion in 4 hours).

タンパク質ライゲーションおよび部位特異的標識を行うために、アミノオキシ含有化合物が化学選択的にペプチド/タンパク質のC末端チオエステルと反応するかを確認するために、合成C末端チオエステルペプチドを様々な条件下で、ヒドロキシルアミンで処理した(表1)。   To determine if aminooxy-containing compounds react chemoselectively with the peptide / protein C-terminal thioester for protein ligation and site-specific labeling, the synthetic C-terminal thioester peptide is subjected to various conditions under various conditions: Treated with hydroxylamine (Table 1).

精製した合成27アミノ酸C末端チオエステルペプチド(エチル3−メルカプトプロピオナートチオエステル、観測質量3155Da)を、様々なpHの水性緩衝液に溶かした様々な濃度のヒドロキシルアミンとともに室温でインキュベートした。すべての場合において、逆相HPLCにより分析したところ、C末端がチオエステルであるペプチドが反応して、出発時のチオエステルペプチドより早く溶出する単一の生成物を形成した。ESMSにより測定されたように、この物質は、期待されたペプチドヒドロキサム酸に対応している:観測質量=3052Da、期待質量(アイソトープ化合物の平均)は3054Da。逆相HPLCを用いて、反応動態を観察した。C末端がチオエステルであるペプチドは、副生成物の形成を伴わず清浄な様式で、対応するペプチドヒドロキサム酸に変換された。反応緩衝液のpHを高くすると、反応速度が速まった。例えば、濃度100mMのNHOHを用いて、pH6.0からpH6.8に移動させた結果、1時間後の生成物形成率は25%から91%に上昇した。pH6.0で100mMのNHOHを用いた場合の反応速度は、pH6.8における10mMのNHOHと同等であった。 Purified synthetic 27 amino acid C-terminal thioester peptide (ethyl 3-mercaptopropionate thioester, observed mass 3155 Da) was incubated at room temperature with various concentrations of hydroxylamine dissolved in aqueous buffer at various pHs. In all cases, as analyzed by reverse phase HPLC, the peptide whose C-terminus was a thioester reacted to form a single product that eluted earlier than the starting thioester peptide. As determined by ESMS, this material corresponds to the expected peptide hydroxamic acid: observed mass = 3052 Da, expected mass (average of isotope compounds) is 3054 Da. Reaction kinetics were observed using reverse phase HPLC. Peptides whose C-terminus is a thioester were converted to the corresponding peptide hydroxamic acid in a clean manner without the formation of by-products. Increasing the pH of the reaction buffer increased the reaction rate. For example, as a result of shifting from pH 6.0 to pH 6.8 using NH 2 OH at a concentration of 100 mM, the product formation rate after 1 hour increased from 25% to 91%. The reaction rate with 100 mM NH 2 OH at pH 6.0 was comparable to 10 mM NH 2 OH at pH 6.8.

対応するヒドロキサム酸を形成させるための、C末端がチオエステルであるペプチドとヒドロキシルアミンとの反応速度は、pHの上昇に伴って速くなり、NHOH濃度の低下に伴って遅くなる。ペプチド/タンパク質標識およびライゲーションに適切なpHおよび反応物濃度の条件を特定するために、pHを上昇させ、また、NHOH濃度を低下させて、標識化を実施した。 The reaction rate of a hydroxylamine with a peptide having a C-terminal thioester to form the corresponding hydroxamic acid increases with increasing pH and decreases with decreasing NH 2 OH concentration. In order to identify pH and reactant concentration conditions appropriate for peptide / protein labeling and ligation, labeling was performed with increasing pH and decreasing NH 2 OH concentration.

10mM NHOHとの反応は、pH6.8では4時間後に83%完了したのに対し、pH7.5では2時間後に83%完了した。さらにNHOH濃度を2mMまで低下させた結果、pH7.5での反応速度は著しく低下し、8時間後に、出発時のα−チオエステルペプチドの70%が、対応するヒドロキサム酸に変換された。質量がペプチド酸に対応する、少量の副生成物が反応進行中に形成されることが注目された。これは、pH7.5での競合的な加水分解副反応によって形成されたと考えられる。この副反応は、pH7.5で10mM NHOHを用いた際は、このより高い反応物濃度では反応がより速く起こるため、観察されなかった。 The reaction with 10 mM NH 2 OH was 83% complete after 4 hours at pH 6.8, compared to 83% after 2 hours at pH 7.5. Further NH 2 OH concentrations result was lowered to 2 mM, the reaction rate at pH7.5 is significantly reduced, after 8 hours, 70% of the starting time of the α- thioester peptide was converted to the corresponding hydroxamic acid. It was noted that a small amount of by-product, with a mass corresponding to the peptide acid, was formed during the reaction. This is believed to have been formed by a competitive hydrolysis side reaction at pH 7.5. This side reaction was not observed when using 10 mM NH 2 OH at pH 7.5, since the reaction occurred faster at this higher reactant concentration.

Figure 0004637838
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タンパク質ライゲーションおよび部位特異的標識を行うために、アミノオキシ含有化合物とペプチド/タンパク質C末端チオエステルとの化学選択的反応をさらに調査するために、合成C末端チオエステルペプチドAS626p1をO−メチルヒドロキシルアミンで処理した。   To further investigate the chemoselective reaction between aminooxy-containing compounds and peptide / protein C-terminal thioesters for protein ligation and site-specific labeling, the synthetic C-terminal thioester peptide AS626p1 was treated with O-methylhydroxylamine. did.

精製した合成27アミノ酸C末端チオエステルペプチド(エチル3−メルカプトプロピオナートチオエステル、観測質量3155Da)を、pH7.5の200mMリン酸ナトリウム緩衝液に溶かした100mMのO−メチルヒドロキシルアミンとともに室温でインキュベートした。逆相HPLCにより分析したところ、ペプチドC末端チオエステルが反応して、出発時のチオエステルペプチドより早く溶出する単一の生成物を形成した。ESMSにより測定されたように、この物質は、期待されたN−メトキシペプチドアミドに対応していた:観測質量=3070Da、期待質量は3068Da。逆相HPLCを用いて、反応動態を観察した(表II)。ペプチドC末端チオエステルは、副生成物の形成を伴わず清浄な様式で、対応するN−メトキシペプチドアミド誘導体に変換され、24時間後に反応の75%が完了した。これらの条件下では、チオエステルの加水分解は観察されなかった。   Purified synthetic 27 amino acid C-terminal thioester peptide (ethyl 3-mercaptopropionate thioester, observed mass 3155 Da) was incubated at room temperature with 100 mM O-methylhydroxylamine dissolved in 200 mM sodium phosphate buffer at pH 7.5. . As analyzed by reverse phase HPLC, the peptide C-terminal thioester reacted to form a single product that elutes earlier than the starting thioester peptide. As determined by ESMS, this material corresponded to the expected N-methoxy peptide amide: observed mass = 3070 Da, expected mass is 3068 Da. Reaction kinetics were observed using reverse phase HPLC (Table II). The peptide C-terminal thioester was converted to the corresponding N-methoxy peptide amide derivative in a clean manner without by-product formation and 75% of the reaction was complete after 24 hours. Under these conditions, no hydrolysis of the thioester was observed.

Figure 0004637838
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10mM O−メチルヒドロキシルアミンで100mM O−メチルヒドロキシルアミンを置き換えた以外は同じ条件下で反応を繰り返すと、反応速度は遅くなった。しかし、72時間後には、出発時のC末端チオエステルペプチドの88%が反応していた。これらの条件下では、所望の反応生成物の形成に加えて、副生成物の形成が観察された。それでも、72時間後には、反応混合物のHPLC分析により、反応生成物の30〜40%が所望のライゲーション反応生成物(N−メトキシペプチドアミド)であると推定された。   When the reaction was repeated under the same conditions except that 10OmM O-methylhydroxylamine replaced 100mM O-methylhydroxylamine, the reaction rate slowed down. However, after 72 hours, 88% of the starting C-terminal thioester peptide had reacted. Under these conditions, by-product formation was observed in addition to formation of the desired reaction product. Nevertheless, after 72 hours, HPLC analysis of the reaction mixture estimated that 30-40% of the reaction product was the desired ligation reaction product (N-methoxy peptide amide).

O−メチルヒドロキシルアミンと組換えC末端チオエステルタンパク質との反応も調査した。実施例2で記述したように、融合タンパク質Grb2−SH2−GyrAインテイン−CBDのチオールを媒介とした切断により、C末端メルカプトエタンスルホン酸チオエステル誘導体として、組換えGrb2−SH2が生成された。pH7.5で、この組換えC末端チオエステルタンパク質を100mMのO−メチルヒドロキシルアミンと反応させた。18時間後の反応混合物をHPLCおよびESMSによって分析したところ、C末端チオエステルタンパク質のすべてが完全に2種類のタンパク質種に変換されていることが示された。これら2種のタンパク質誘導体は、所望のライゲーション反応生成物、すなわちC末端がN−メトキシアミドであるGrb2−SH2(期待質量12067Da、観測質量12067Da)と、所望の反応生成物の酸化型(観測質量12084Da)とに対応していた。C末端のタンパク質チオエステルの加水分解に対応する副生成物は観察されなかった。したがって、組換えC末端チオエステルタンパク質のすべてが、タンパク質のC末端で特異的にアミド結合を形成する反応を介して、化学選択的にO−メチルヒドロキシルアミンと連結していた。すなわち、この反応は、組換えタンパク質の部位特異的C末端標識をもたらした。   The reaction of O-methylhydroxylamine with recombinant C-terminal thioester protein was also investigated. As described in Example 2, thiol-mediated cleavage of the fusion protein Grb2-SH2-GyrA intein-CBD produced recombinant Grb2-SH2 as a C-terminal mercaptoethanesulfonic acid thioester derivative. This recombinant C-terminal thioester protein was reacted with 100 mM O-methylhydroxylamine at pH 7.5. Analysis of the reaction mixture after 18 hours by HPLC and ESMS showed that all of the C-terminal thioester protein was completely converted into two protein species. These two types of protein derivatives include a desired ligation reaction product, that is, Grb2-SH2 (expected mass 12067 Da, observed mass 12067 Da) whose C-terminal is N-methoxyamide, and an oxidized form (observed mass) of the desired reaction product. 12084 Da). By-products corresponding to hydrolysis of the C-terminal protein thioester were not observed. Thus, all of the recombinant C-terminal thioester proteins were chemoselectively linked to O-methylhydroxylamine via a reaction that specifically forms an amide bond at the C-terminus of the protein. That is, this reaction resulted in site-specific C-terminal labeling of the recombinant protein.

実施例2−C末端がヒドラジドであるGrb2 SH2組換えタンパク質(組換えC末端ヒドラジドGrb2 SH2タンパク質)の生成
(i)ヒドラジンによるタンパク質−インテイン融合物の選択的切断による、組換えC末端ヒドラジドタンパク質の生成能力、および(ii)ライゲーション/標識化反応におけるそれらのその後の用途を調査するために、アダプタータンパク質Grb2のSH2ドメインをモデル系として選択した。
ヒトGrb2 SH2 ドメインの配列
HPW FFGKIPRAKA EEMLSKQRHD GAFLIRESES APGDFSLSVK FGNDVQHFKV LRDGAGKYFL WVVKFNSLNE LVDYHRSTSV SRNQQIFLRD IEQVPQQPT
Example 2 Generation of Grb2 SH2 recombinant protein (recombinant C-terminal hydrazide Grb2 SH2 protein) with C-terminal hydrazide (i) Recombinant C-terminal hydrazide protein by selective cleavage of protein-intein fusion with hydrazine The SH2 domain of the adapter protein Grb2 was selected as a model system to investigate the production capacity and (ii) their subsequent use in ligation / labeling reactions.
Sequence of human Grb2 SH2 domain HPW FFGKIPRAKA EEMLSKQRHD GAFLIRES APGDFSLSVK FGNDVQHFKV LRDGAGKYFL WVVKFNSLNE LVDYHRSTSV SRNQQIFRDQ

Grb2−SH2ドメイン−GyrAインテイン融合物の発現
余分なグリシン残基がC末端に付いているヒトGrb2のSH2ドメインをコードしているDNA配列を、pTXB1発現プラスミド(NEB)中にクローニングした。このベクターpTXB1Grb2−SH2(Gly)は、Grb2のSH2ドメインがグリシン残基を介してGyrAインテインのN末端に結合されている、すなわち、キチン結合ドメイン領域(CBD)のN末端に融合されている、融合タンパク質をコードしている。このプラスミドで大腸菌(E.coli)細胞を形質転換し、LB培地中で中期対数期まで増殖させ、また、0.5mM IPTGを用いて、37℃で4時間、タンパク質発現を誘導した。遠心分離後、細胞を溶解緩衝液(0.1mM EDTA、250mM NaCl、5%グリセロール、1mM PMSF、25mM HEPES、pH7.4)中に再懸濁させ、超音波処理によって溶解させた。溶解緩衝液中で予め平衡化したキチンカラム上に可溶性画分を載せた。次に、洗浄緩衝液(1mM EDTA、250mM NaCl、0.1% Triton−X 100、25mM HEPES、pH7.0)でカラムを洗浄して、キチンビーズ上に固定化された精製Grb2−SH2−GyrA−CBDを得た(図7)。
Expression of Grb2-SH2 domain-GyrA intein fusion The DNA sequence encoding the SH2 domain of human Grb2 with an extra glycine residue at the C-terminus was cloned into the pTXB1 expression plasmid (NEB). This vector pTXB1 Grb2-SH2 (Gly) has the Grb2 SH2 domain linked to the N-terminus of the GyrA intein via a glycine residue, ie fused to the N-terminus of the chitin binding domain region (CBD). Encodes a fusion protein. E. coli cells were transformed with this plasmid, grown to mid-log phase in LB medium, and protein expression was induced with 0.5 mM IPTG for 4 hours at 37 ° C. After centrifugation, the cells were resuspended in lysis buffer (0.1 mM EDTA, 250 mM NaCl, 5% glycerol, 1 mM PMSF, 25 mM HEPES, pH 7.4) and lysed by sonication. The soluble fraction was loaded onto a chitin column pre-equilibrated in lysis buffer. Next, the column was washed with a washing buffer (1 mM EDTA, 250 mM NaCl, 0.1% Triton-X 100, 25 mM HEPES, pH 7.0), and purified Grb2-SH2-GyrA immobilized on chitin beads. -CBD was obtained (FIG. 7).

チオールの誘導によるGrb2−SH2−GyrAインテイン融合物の切断による、C末端がチオエステルであるGrb2−SH2の生成
タンパク質内部のインテインドメインが機能的であることを確認するために、融合タンパク質をチオールに曝露させて、トランスチオエステル化による切断の程度を評価した。固定化されたGrb2−SH2−GyrA−CBDを含むキチンビーズをpH7.4の200mM NaCl、200mM リン酸緩衝液中に入れて平衡化した。次に、ジチオトレイトール(DTT)または2−メルカプトエタンスルホン酸(MESNA)をpH7.4の200mM NaCl、200mM リン酸緩衝液中のビーズに加えて、それぞれチオールの最終濃度が100mMまたは120mMである50%のスラリーを得た。次に、この混合物を室温で振とうし、一定量をSDS−PAGEによって分析した。48時間後に、反応物から上清を分離し、続いて、HPLCおよびESMSによって分析した。
Cleavage of the Grb2-SH2-GyrA intein fusion by thiol induction produces Grb2-SH2 with a C-terminal thioester To confirm that the intein domain inside the protein is functional, the fusion protein is exposed to thiol Thus, the degree of cleavage by transthioesterification was evaluated. Chitin beads containing immobilized Grb2-SH2-GyrA-CBD were equilibrated in 200 mM NaCl, 200 mM phosphate buffer, pH 7.4. Next, dithiothreitol (DTT) or 2-mercaptoethanesulfonic acid (MESNA) is added to the beads in 200 mM NaCl, 200 mM phosphate buffer at pH 7.4 to give a final thiol concentration of 100 mM or 120 mM, respectively. A 50% slurry was obtained. The mixture was then shaken at room temperature and an aliquot was analyzed by SDS-PAGE. After 48 hours, the supernatant was separated from the reaction and subsequently analyzed by HPLC and ESMS.

Grb2−SH2−GyrAインテイン−CBD融合物をDTTで処理してもMESNAで処理しても、融合タンパク質は2種のタンパク質種に切断された(図7)。2種の断片の分子サイズは、Grb2−SH2およびGyrA−インテイン融合物の分子サイズに対応しており、SH2−インテイン連結部で切断が起こったことを示している。融合タンパク質前駆体の切断により、SH2ドメインが上清中に遊離されたのに対し、GyrAインテイン−CBD部分は、キチンビーズ上に固定されたままであった。DTTまたはMESNAの双方により切断した後、上清のESMS分析から、Grb2−SH2が、それぞれ期待されたDTTまたはMESNAのC末端がチオエステルである誘導体として生成されていることが確認された。   Whether the Grb2-SH2-GyrA intein-CBD fusion was treated with DTT or MESNA, the fusion protein was cleaved into two protein species (FIG. 7). The molecular size of the two fragments corresponds to the molecular size of the Grb2-SH2 and GyrA-intein fusions, indicating that cleavage occurred at the SH2-intein junction. Cleavage of the fusion protein precursor released the SH2 domain into the supernatant, whereas the GyrA intein-CBD moiety remained immobilized on the chitin beads. After cleaving with both DTT or MESNA, ESMS analysis of the supernatant confirmed that Grb2-SH2 was produced as a derivative with the expected C-terminus of DTT or MESNA being a thioester, respectively.

DTT−C末端チオエステルを有するGrb2−SH2の期待質量は12173.9Daであり、観測質量は12173.5Daであった。MESNA−C末端チオエステルを有するGrb2−SH2の期待質量は12162.0Daであり、観測質量は12163.0Daであった。   The expected mass of Grb2-SH2 having a DTT-C terminal thioester was 12173.9 Da, and the observed mass was 12173.5 Da. The expected mass of Grb2-SH2 having a MESNA-C terminal thioester was 12162.0 Da, and the observed mass was 12163.0 Da.

ヒドラジンの誘導によるGrb2−SH2−GyrAインテイン融合物の切断による、C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2の生成
本発明者らは、融合タンパク質前駆体中のGrb2−SH2およびGyrAインテイン間のチオエステル結合が、ヒドラジンによって切断されるという仮説を立てた。Grb2 SH2をインテインに連結しているチオエステル部分でヒドラジンの化学選択的反応が起これば、Grb2−SH2ドメインが、対応するそのC末端ヒドラジド誘導体として上清中へ遊離されるはずである。したがって、固定化されたGrb2−SH2−GyrA−CBDを含むキチンビーズをpH7.4の200mM NaCl、200mM リン酸緩衝液中に入れて平衡化し、同じ緩衝液中にヒドラジン一水和物を加えて、ヒドラジンの最終濃度が200mMである50%のスラリーを得た。次に、この混合物を室温で振とうし、SDS−PAGEによって分析した(図8)。20時間後に、上清を取り出し、HPLCおよびESMSによって分析した。
Cleavage of the Grb2-SH2-GyrA intein fusion by induction of hydrazine generates Grb2-SH2 with a C-terminal hydrazide We have determined that the thioester bond between Grb2-SH2 and GyrA intein in the fusion protein precursor Hypothesized that it is cleaved by hydrazine. If a hydrazine chemoselective reaction occurs at the thioester moiety linking Grb2 SH2 to the intein, the Grb2-SH2 domain should be released into the supernatant as its corresponding C-terminal hydrazide derivative. Therefore, the chitin beads containing immobilized Grb2-SH2-GyrA-CBD were equilibrated in 200 mM NaCl, 200 mM phosphate buffer at pH 7.4, and hydrazine monohydrate was added to the same buffer. A 50% slurry with a final hydrazine concentration of 200 mM was obtained. The mixture was then shaken at room temperature and analyzed by SDS-PAGE (Figure 8). After 20 hours, the supernatant was removed and analyzed by HPLC and ESMS.

Grb2−SH2−GyrAインテイン−CBD融合物をヒドラジンで処理すると、融合タンパク質は切断されて2種になった。SDS−PAGEで分析した2種の断片の分子サイズは、Grb2−SH2およびGyrA−インテイン融合物に対応しており、SH2およびインテインドメイン間の特有のチオエステル結合で切断が起こったことを示していた。融合タンパク質前駆体の切断により、SH2ドメインが上清中に遊離されたのに対し、GyrAインテイン−CBD部分は、キチンビーズ上に固定されたままであった。切断後の上清のHPLCおよびESMS分析から、Grb2−SH2のC末端ヒドラジド誘導体に対応する、単一のタンパク質種が生成されていることが確認された。Grb2−SH2C末端ヒドラジドの期待質量は12051.7Daであり、観測質量は12053.0Daであった(図9)。   When the Grb2-SH2-GyrA intein-CBD fusion was treated with hydrazine, the fusion protein was cleaved into two species. The molecular size of the two fragments analyzed by SDS-PAGE corresponded to the Grb2-SH2 and GyrA-intein fusions, indicating that cleavage occurred at the unique thioester bond between the SH2 and intein domains . Cleavage of the fusion protein precursor released the SH2 domain into the supernatant, whereas the GyrA intein-CBD moiety remained immobilized on the chitin beads. HPLC and ESMS analysis of the supernatant after cleavage confirmed that a single protein species was generated corresponding to the C-terminal hydrazide derivative of Grb2-SH2. The expected mass of Grb2-SH2C terminal hydrazide was 12051.7 Da and the observed mass was 12053.0 Da (FIG. 9).

反応の20時間後に、(i)RPHPLCとその後に続く凍結乾燥によって、または(ii)ゲルろ過によって、Grb2−SH2C末端ヒドラジドを上清から単離した。この後者の方法では、Grb2−SH2C末端ヒドラジドの反応溶液をスーパーデックスペプチドカラム(Amersham Biosciences社)上に載せ、pH4.5の50mM酢酸ナトリウムからなるランニング緩衝液で溶出させた。これにより、pH4.5の50mM酢酸ナトリウム中に溶けた、精製Grb2−SH2C末端ヒドラジドの溶液が得られた。セントリコンフィルター(3000 MWCO)を用いてこの溶液を濃縮し、次に、急速凍結し、使用するまで−20℃で保管した。   After 20 hours of reaction, Grb2-SH2C-terminal hydrazide was isolated from the supernatant by (i) RPHPLC followed by lyophilization or (ii) gel filtration. In this latter method, the reaction solution of Grb2-SH2C-terminal hydrazide was placed on a Superdex peptide column (Amersham Biosciences) and eluted with a running buffer consisting of 50 mM sodium acetate at pH 4.5. This gave a solution of purified Grb2-SH2C terminal hydrazide dissolved in 50 mM sodium acetate at pH 4.5. The solution was concentrated using a Centricon filter (3000 MWCO), then snap frozen and stored at −20 ° C. until use.

精製および凍結乾燥したGrb2−SH2C末端ヒドラジドのサンプル(100μg)を、pH8.2の100mMアンモニウム重炭酸緩衝液(100μL)に溶かしたプロテアーゼLys−C(5μg)で処理した。30℃で一晩インキュベーションした後、反応物を凍結乾燥し、MALDI質量分析法によって分析した。C末端のタンパク質分解断片(FNSLNELVDYHRSTSVSRNQQIFLRDIEQVPQQPTG)の観測質量は、所望のC末端ヒドラジド誘導体に対応している(C末端がヒドラジドであるタンパク質分解断片の期待質量は4229Da、観測質量は4231Da)。   A sample of purified and lyophilized Grb2-SH2C-terminal hydrazide (100 μg) was treated with protease Lys-C (5 μg) dissolved in 100 mM ammonium bicarbonate buffer (100 μL) at pH 8.2. After overnight incubation at 30 ° C., the reaction was lyophilized and analyzed by MALDI mass spectrometry. The observed mass of the C-terminal proteolytic fragment (FNSLNELVDYHRSTSVSRNQQIFLRRDIEQVPQQPTG) corresponds to the desired C-terminal hydrazide derivative (the expected mass of the proteolytic fragment whose C-terminal is hydrazide is 4229 Da, the observed mass is 4231 Da).

実施例3−C末端がヒドラジドである組換えマルトース結合タンパク質の生成
タンパク質−インテイン融合物をヒドラジンで選択的に切断することにより組換えC末端ヒドラジドタンパク質を生成するための説明した方法のさらなる実証として、マルトース結合タンパク質(MBP)のC末端ヒドラジド誘導体の生成を調査した。
使用したヒトMBPの配列
MKIEEGKLVIWINGDKGYNGLAEVGKKFEKDTGIKVTVEHPDKLEEKFPQVAATGDGPDIIFWAHDRFGGYAQSGLLAEITPDKAFQDKLYPFTWDAVRYNGKLIAYPIAVEALSLIYNKDLLPNPPKTWEEIPALDKELKAKGKSALMFNLQEPYFTWPLIAADGGYAFKYENGKYDIKDVGVDNAGAKAGLTFLVDLIKNKHMNADTDYSIAEAAFNKGETAMTINGPWAWSNIDTSKVNYGVTVLPTFKGQPSKPFVGVLSAGINAASPNKELAKEFLENYLLTDEGLEAVNKDKPLGAVALKSYEEELAKDPRIAATMENAQKGEIMPNIPQMSAFWYAVRTAVINAASGRQTVDEALKDAQTNSSSNNNNNNNNNNLGIEGRGTLEG
Example 3 Generation of Recombinant Maltose Binding Protein with C-Terminal Hydrazide As a further demonstration of the described method for generating recombinant C-terminal hydrazide proteins by selective cleavage of protein-intein fusions with hydrazine The production of C-terminal hydrazide derivatives of maltose binding protein (MBP) was investigated.
Array MKIEEGKLVIWINGDKGYNGLAEVGKKFEKDTGIKVTVEHPDKLEEKFPQVAATGDGPDIIFWAHDRFGGYAQSGLLAEITPDKAFQDKLYPFTWDAVRYNGKLIAYPIAVEALSLIYNKDLLPNPPKTWEEIPALDKELKAKGKSALMFNLQEPYFTWPLIAADGGYAFKYENGKYDIKDVGVDNAGAKAGLTFLVDLIKNKHMNADTDYSIAEAAFNKGETAMTINGPWAWSNIDTSKVNYGVTVLPTFKGQPSKPFVGVLSAGINAASPNKELAKEFLENYLLTDEGLEAVNKDKPLGAVALKSYEEELAKDPRIAAT of human MBP used ENAQKGEIMPNIPQMSAFWYAVRTAVINAASGRQTVDEALKDAQTNSSSNNNNNNNNNNLGIEGRGTLEG

MBP−Sce VMAインテイン融合物の発現
発現ベクターpMYB5(New England Biolabs社)は、N末端がSce VMAインテインに融合されている、すなわち、精製を容易にするためにキチン結合ドメイン(CBD)のN末端に融合されている、マルトース結合タンパク質(上記の配列)を含む融合タンパク質をコードしている。
Expression of MBP-Sce VMA intein fusion Expression vector pMYB5 (New England Biolabs) is fused at the N-terminus to the Sce VMA intein, ie, the N-terminus of the chitin binding domain (CBD) to facilitate purification. Encodes a fusion protein comprising a maltose binding protein (sequence above) fused to

このプラスミドで大腸菌(E.coli)細胞を形質転換し、LB培地中で中期対数期まで増殖させ、また、0.5mM IPTGを用いて、37℃で4時間、タンパク質発現を誘導した。遠心分離後、細胞を溶解緩衝液(0.1mM EDTA、250mM NaCl、5%グリセロール、1mM PMSF、25mM HEPES、pH7.4)中に再懸濁させ、超音波処理によって溶解させた。溶解緩衝液中で予め平衡化したキチンカラム上に可溶性画分を載せた。次に、洗浄緩衝液(1mM EDTA、250mM NaCl、0.1% Triton−X 100、25mM HEPES、pH7.0)でカラムを洗浄して、キチンビーズ上に固定化された精製融合タンパク質(MBP−VMA−CBD)を得た。   E. coli cells were transformed with this plasmid, grown to mid-log phase in LB medium, and protein expression was induced with 0.5 mM IPTG for 4 hours at 37 ° C. After centrifugation, the cells were resuspended in lysis buffer (0.1 mM EDTA, 250 mM NaCl, 5% glycerol, 1 mM PMSF, 25 mM HEPES, pH 7.4) and lysed by sonication. The soluble fraction was loaded onto a chitin column pre-equilibrated in lysis buffer. Next, the column was washed with a washing buffer (1 mM EDTA, 250 mM NaCl, 0.1% Triton-X 100, 25 mM HEPES, pH 7.0), and purified fusion protein (MBP-) immobilized on chitin beads was washed. VMA-CBD) was obtained.

チオールの誘導によるMBP−VMAインテイン融合タンパク質の切断による、C末端がチオエステルであるMBPの生成
MBP−VMA−CBD内部のインテインドメインが機能的であることを確認するために、融合タンパク質を2−メルカプトエタンスルホン酸(MESNA)に曝露させて、トランスチオエステル化による切断の程度を評価した。固定化されたMBP−VMA−CBDを含むキチンビーズをpH7.4の200mM NaCl、200mM リン酸緩衝液中に入れて平衡化した。次に、MESNAをpH7.4の200mM NaCl、200mMリン酸 緩衝液中のビーズに加えて、チオールの最終濃度が120mMである50%のスラリーを得た。次に、この混合物を室温で振とうし、一定量をSDS−PAGEによって分析した。48時間後に、反応物から上清を分離し、続いて、HPLCおよびESMSによって分析した。
Cleavage of MBP-VMA intein fusion protein by induction of thiol to generate MBP with thioester at the C-terminus To confirm that the intein domain within MBP-VMA-CBD is functional, the fusion protein is 2-mercapto The extent of cleavage by transthioesterification was evaluated by exposure to ethanesulfonic acid (MESNA). Chitin beads containing immobilized MBP-VMA-CBD were equilibrated in 200 mM NaCl, 200 mM phosphate buffer at pH 7.4. Next, MESNA was added to the beads in 200 mM NaCl, 200 mM phosphate buffer at pH 7.4 to obtain a 50% slurry with a final thiol concentration of 120 mM. The mixture was then shaken at room temperature and an aliquot was analyzed by SDS-PAGE. After 48 hours, the supernatant was separated from the reaction and subsequently analyzed by HPLC and ESMS.

MBP−VMA−CBD融合物をMESNAで処理すると、融合タンパク質は2種のタンパク質種に切断された。2種の断片の分子サイズは、MBPおよびVMA−CBD部分の分子サイズに対応しており、MBP−VMAインテイン連結部で切断が起こったことを示している。融合タンパク質前駆体の切断により、MBPが上清中に遊離されたのに対し、VMA−CBD部分は、キチンビーズ上に固定されたままであった。これは、1種のタンパク質種を含む切断後の上清をESMS分析することにより、確認された。C末端がMESNAチオエステルであるMBPの期待質量は43064Daであり、観測質量は43098Daであった。   When the MBP-VMA-CBD fusion was treated with MESNA, the fusion protein was cleaved into two protein species. The molecular size of the two fragments corresponds to the molecular size of the MBP and VMA-CBD parts, indicating that cleavage occurred at the MBP-VMA intein junction. Cleavage of the fusion protein precursor liberated MBP into the supernatant, whereas the VMA-CBD moiety remained immobilized on the chitin beads. This was confirmed by ESMS analysis of the cleaved supernatant containing one protein species. The expected mass of MBP whose C-terminal is MESNA thioester was 43064 Da, and the observed mass was 43098 Da.

ヒドラジンの誘導によるMBP−VMAインテイン融合タンパク質の切断による、C末端がヒドラジドであるMBPの生成
固定化されたMBP−VMA−CBDを含むキチンビーズをpH7.4の200mM NaCl、200mM リン酸緩衝液中に入れて平衡化し、同じ緩衝液中にヒドラジン一水和物を加えて、ヒドラジンの最終濃度が200mMである50%のスラリーを得た。次に、この混合物を室温で振とうし、SDS−PAGEならびにHPLCおよびESMSによって分析した。
Generation of MBP with hydrazide at C-terminus by cleavage of MBP-VMA intein fusion protein by induction of hydrazine The chitin beads containing immobilized MBP-VMA-CBD were placed in 200 mM NaCl, 200 mM phosphate buffer at pH 7.4. And hydrazine monohydrate was added in the same buffer to give a 50% slurry with a final hydrazine concentration of 200 mM. The mixture was then shaken at room temperature and analyzed by SDS-PAGE and HPLC and ESMS.

反応の20時間後に、(i)RPHPLCとその後に続く凍結乾燥によって、または(ii)ゲルろ過によって、C末端ヒドラジドMBPを上清から単離した。この後者の方法では、C末端ヒドラジドMBPの反応溶液をスーパーデックスペプチドカラム(Amersham Biosciences社)上に載せ、pH4.5の50mM酢酸ナトリウム緩衝液からなるランニング緩衝液で溶出させた。これにより、pH4.5の50mM酢酸ナトリウム緩衝液中に溶けた精製されたC末端ヒドラジドMBPの溶液が得られた。セントリコンフィルター(3000 MWCO)を用いてこのタンパク質溶液を濃縮し、次に、急速凍結し、使用するまで−20℃で保管した。   After 20 hours of reaction, C-terminal hydrazide MBP was isolated from the supernatant by (i) RPHPLC followed by lyophilization or (ii) gel filtration. In this latter method, a reaction solution of C-terminal hydrazide MBP was placed on a Superdex peptide column (Amersham Biosciences) and eluted with a running buffer consisting of 50 mM sodium acetate buffer at pH 4.5. This gave a solution of purified C-terminal hydrazide MBP dissolved in 50 mM sodium acetate buffer at pH 4.5. The protein solution was concentrated using a Centricon filter (3000 MWCO), then snap frozen and stored at −20 ° C. until use.

MBP−VMA−CBD融合物をヒドラジンで処理すると、融合タンパク質は切断されて2種になった。SDS−PAGEで分析した2種の断片の分子サイズは、MBPおよびVMA−CBD部分に対応しており、MBP−VMAインテインドメイン間の特有のチオエステル結合で切断が起こったことを示している。融合タンパク質前駆体の切断により、MBPが上清中に遊離されたのに対し、VMA−CBD部分は、キチンビーズ上に固定されたままである。切断後の上清のHPLCおよびESMS分析から、観測質量が42988Daである、単一のタンパク質種が生成されていることが確認されている。タンパク質のC末端MESNAチオエステル誘導体とそれに対応するC末端ヒドラジドとの期待質量の差は、111Daである。MBPのC末端MESNAチオエステルの観測質量は43098Daであることが判明した。したがって、MBP−VMA−CBDのヒドラジン切断による生成物は、110Da少なく、所望のMBPのC末端ヒドラジド誘導体が形成されていたことを示している。   When the MBP-VMA-CBD fusion was treated with hydrazine, the fusion protein was cleaved into two species. The molecular sizes of the two fragments analyzed by SDS-PAGE correspond to the MBP and VMA-CBD moieties, indicating that cleavage occurred at the unique thioester bond between the MBP-VMA intein domains. Cleavage of the fusion protein precursor liberated MBP into the supernatant, whereas the VMA-CBD moiety remains immobilized on the chitin beads. HPLC and ESMS analysis of the supernatant after cleavage confirms the generation of a single protein species with an observed mass of 42988 Da. The expected mass difference between the C-terminal MESNA thioester derivative of the protein and the corresponding C-terminal hydrazide is 111 Da. The observed mass of MBP C-terminal MESNA thioester was found to be 43098 Da. Therefore, the product of MBP-VMA-CBD by hydrazine cleavage was 110 Da less, indicating that the desired MBP C-terminal hydrazide derivative was formed.

実施例4−C末端にヒドラジドを含む組換えタンパク質への、アルデヒドおよびケトンを含むペプチドおよび標識のライゲーション:組換えGrb2 SH2ドメインへの合成ペプチドc−mycのライゲーション
本発明者らは、対応するインテイン融合前駆体のヒドラジン処理によって生成させた組換えタンパク質C末端ヒドラジドを、アルデヒドおよびケトンを含有するペプチドおよび標識を用いた化学選択的ライゲーションによって部位特異的に修飾できると仮説を立てた。このような方法を実証するために、ケトンを含む合成ペプチドが上記のように生成されたGrb2−SH2C末端ヒドラジドと連結する能力を調査した。c−mycエピトープ配列に対応する合成ペプチドGEQKLISEEDL−NH2を合成した。この際、組立の最終工程として、ピルビン酸がペプチドのアミノ末端に結合された。このペプチド(CHCOCO−mycと呼ぶ)をRPHPLCによって純度が95%を超えるまで精製し、凍結乾燥した(ESMSの期待モノアイソトピック質量は1328.6Da;観測質量は1328.6Da)。
Example 4 Ligation of Peptides and Labels Containing Aldehydes and Ketones to a Recombinant Protein Containing Hydrazide at the C-Terminal: Ligation of Synthetic Peptide c-myc to Recombinant Grb2 SH2 Domain It was hypothesized that the recombinant protein C-terminal hydrazide produced by hydrazine treatment of the fusion precursor can be modified site-specifically by chemoselective ligation using peptides and labels containing aldehydes and ketones. To demonstrate such a method, the ability of synthetic peptides containing ketones to link with the Grb2-SH2C-terminal hydrazide generated as described above was investigated. It was synthesized synthetic peptides GEQKLISEEDL --NH2 corresponding to c-myc epitope sequence. At this time, pyruvic acid was coupled to the amino terminus of the peptide as the final step of assembly. The peptide (CH 3 referred to as COCO-myc) was purified to a purity of more than 95% by RPHPLC, lyophilized (expected monoisotopic mass of ESMS has 1328.6Da; observed mass is 1328.6Da).

CHCOCO−mycペプチドのサンプルをpH4.5の100mM 酢酸ナトリウム緩衝液中に溶解させ、ペプチド濃度を4mMとした。次に、凍結乾燥したGrb2−SH2C末端ヒドラジドタンパク質の一定量(約250μg)にこのペプチド溶液(100μL)を加え、この反応をSDS−PAGEによって観察した(図10)。また、対照として、チトクロムC、すなわちGrb2−SH2と類似したサイズであるがヒドラジド官能基を有さないタンパク質とともにCHCOCO−mycをインキュベートした。 A sample of CH 3 COCO-myc peptide was dissolved in 100 mM sodium acetate buffer at pH 4.5 to give a peptide concentration of 4 mM. Next, this peptide solution (100 μL) was added to a fixed amount (about 250 μg) of the lyophilized Grb2-SH2C-terminal hydrazide protein, and the reaction was observed by SDS-PAGE (FIG. 10). Also, as a control, CH 3 COCO-myc was incubated with a protein similar in size to cytochrome C, ie Grb2-SH2, but without the hydrazide functional group.

SDS−PAGE分析の結果は、Grb2−SH2C末端ヒドラジドがより分子量の大きいタンパク質種(約1000〜2000Da大きい)へと変換されたことから示されるように、CHCOCO−mycペプチドが、Grb2−SH2C末端ヒドラジドと実際に連結したことを示している。24時間後に、反応は実質的に完了し、反応生成物は安定なようである。一方、チトクロムCの経時的な変化は観察されず、すなわちライゲーションが起こらず、これは、ライゲーション反応がGrb2−SH2のC末端ヒドラジド官能基で起こっていることを証明している。 The results of SDS-PAGE analysis show that the CH 3 COCO-myc peptide is Grb2-SH2C, as shown by the conversion of Grb2-SH2C-terminal hydrazide to a higher molecular weight protein species (approximately 1000-2000 Da larger). It shows that it was actually linked to the terminal hydrazide. After 24 hours, the reaction is substantially complete and the reaction product appears stable. On the other hand, no change in cytochrome C over time was observed, ie no ligation occurred, demonstrating that the ligation reaction occurred at the C-terminal hydrazide functional group of Grb2-SH2.

反応の96時間後に、Grb2−SH2ライゲーション反応の生成物をHPLCによって単離し、ESMSによって特性を決定した。ヒドラゾン結合形成を介した、Grb2−SH2C末端ヒドラジドへのCHCOCO−mycの化学選択的ライゲーションが起これば、期待質量が13363.7Daである生成物が得られるはずである。生成物の観測質量は13364.1Daであり、所望のライゲーション生成物が形成されていることを示した。 After 96 hours of reaction, the product of the Grb2-SH2 ligation reaction was isolated by HPLC and characterized by ESMS. Via hydrazone bond formation, If there 'chemoselective ligation of CH 3 COCO-myc to Grb2-SH2C terminal hydrazide should product expected mass is 13363.7Da is obtained. The observed mass of the product was 13364.1 Da, indicating that the desired ligation product was formed.

実施例5−C末端にヒドラジドを含む組換えタンパク質(組換えC末端ヒドラジドタンパク質)への、アルデヒドおよびケトンを含むペプチドおよび標識のライゲーション:Grb2−SH2のフルオレセイン標識
本実施例では、インテイン融合タンパク質前駆体のヒドラジン切断により生成させた、Grb2−SH2の組換えC末端ヒドラジド誘導体を、ケトンを含むフルオレセイン誘導体と反応させて、タンパク質の部位特異的蛍光標識を行った。
Example 5 Ligation of peptide and label containing aldehyde and ketone to a recombinant protein containing hydrazide at the C-terminus (recombinant C-terminal hydrazide protein): Fluorescein labeling of Grb2-SH2 In this example, an intein fusion protein precursor Recombinant C-terminal hydrazide derivative of Grb2-SH2 produced by hydrazine cleavage of the body was reacted with a fluorescein derivative containing ketone to perform site-specific fluorescent labeling of the protein.

記述する方法による、C末端がヒドラジドである組換えタンパク質の蛍光標識を容易にするためには、フルオロフォアが、ライゲーションのための適切な反応基、すなわちアルデヒドまたはケトン官能基を含んでいる必要がある。このために、ピルボイル部分を含むフルオレセイン誘導体を合成した。最初に、Fmoc−Lys(Mtt)−OHをリンクアミド樹脂に結合させ、標準手順により(ジクロロメタン中1%TFA、4%トリイソプロピルシラン)Mtt基を取り除いた。次に、5(6)−カルボキシフルオレセインをリジンのε−アミノ基に結合させた。次に、Fmoc基を取り除き、リジンの遊離α−アミノ基にピルビン酸を結合させた。樹脂から切断した後、所望のフルオレセイン誘導体(CHCOCO−Lys(Fl)と呼ぶ。図11を参照のこと)をRPHPLCによって純度が95%を超えるまで精製し、凍結乾燥した(ESMSの期待モノアイソトピック質量は576.2Da;観測モノアイソトピック質量は576.0Da)。 In order to facilitate fluorescent labeling of recombinant proteins whose C-terminus is hydrazide according to the method described, the fluorophore must contain an appropriate reactive group for ligation, ie an aldehyde or ketone functional group. is there. For this purpose, a fluorescein derivative containing a pyruvoyl moiety was synthesized. First, Fmoc-Lys (Mtt) -OH was coupled to the rink amide resin and the Mtt group was removed by standard procedures (1% TFA, 4% triisopropylsilane in dichloromethane). Next, 5 (6) -carboxyfluorescein was coupled to the ε-amino group of lysine. Next, the Fmoc group was removed, and pyruvic acid was bound to the free α-amino group of lysine. After cleavage from the resin, the desired fluorescein derivative (referred to as CH 3 COCO-Lys (Fl) . See Figure 11) was purified to a purity by RPHPLC exceeds 95%, and then lyophilized (the ESMS expected mono Isotopic mass is 576.2 Da; observed monoisotopic mass is 576.0 Da).

CHCOCO−Lys(Fl)とC末端ヒドラジドペプチドおよびタンパク質との反応性を確かめるために、CHCOCO−Lys(Fl)と小型の合成C末端ヒドラジドペプチドSLAYG−NHNHとの反応を調査した。CHCOCO−Lys(Fl)のサンプルおよびSLAYG−NHNHペプチドをpH4.5の100mM酢酸ナトリウム緩衝液に共に溶解させて、それぞれ最終濃度を0.3mMおよび2mMとした。室温で20時間インキュベーションした後、RPHPLC分析により測定して、反応が完了したとみなした。出発時のCHCOCO−Lys(Fl)のすべてが反応して大部分が単一の生成物を生じていた。その質量は、所望のライゲーション生成物、すなわち、ヒドラゾン結合形成を介した2種の反応物の結合物に対応している(ESMSの期待モノアイソトピック質量は1079Da;観測質量は1080Da)。 To confirm the reactivity of CH 3 COCO-Lys (Fl) with C-terminal hydrazide peptides and proteins, the reaction of CH 3 COCO-Lys (Fl) with the small synthetic C-terminal hydrazide peptide SLAYG-NHNH 2 was investigated. . CH 3 COCO-Lys with the sample and SLAYG-NHNH 2 peptide were both dissolved in 100mM sodium acetate buffer pH4.5 for (Fl), to a final concentration of 0.3mM and 2mM, respectively. After 20 hours incubation at room temperature, the reaction was considered complete as determined by RPHPLC analysis. All react with most of the CH 3 COCO-Lys of the starting (Fl) has occurred a single product. Its mass corresponds to the desired ligation product, ie the combination of two reactants via hydrazone bond formation (ESMS expected monoisotopic mass is 1079 Da; observed mass is 1080 Da).

ヒドラジド含有ペプチドとのCHCOCO−Lys(Fl)の特異的反応が確かめられたため、(Grb2 SH2−GyrA−CBDのヒドラジン切断によって生成させた)組換えC末端ヒドラジドGrb2 SH2を部位特異的に標識するのに、このフルオレセイン誘導体を用いた。 Since the specific reaction of CH 3 COCO-Lys (Fl) with hydrazide-containing peptides was confirmed, site-specific labeling of the recombinant C-terminal hydrazide Grb2 SH2 (generated by hydrazine cleavage of Grb2 SH2-GyrA-CBD) This fluorescein derivative was used.

融合タンパク質切断反応物からGrb2 SH2C末端ヒドラジドを精製するために、2つの補完的方法を使用した(実施例2)。凍結乾燥した固体として、またはpH4.5の50mM酢酸ナトリウム緩衝液の溶液の状態で、精製タンパク質を単離した。pHがヒドラゾン結合形成反応に適しているため、後者の緩衝液系を選択した。pH4.5の50mM酢酸ナトリウムに溶かしたGrb2 SH2C末端ヒドラジドの一定量(250μg、200μL)をCHCOCO−Lys(Fl)のサンプルに直接加えて、フルオロフォア(fluorphore)の最終濃度を約0.3mMとした。反応物を室温でインキュベーションし、SDS−PAGEによって観察した。また、対照として、チトクロムC、すなわちGrb2−SH2と類似したサイズであるがヒドラジド官能基を有さないタンパク質とともに、同じ条件下でCHCOCO−Lys(Fl)をインキュベートした。 Two complementary methods were used to purify the Grb2 SH2 C-terminal hydrazide from the fusion protein cleavage reaction (Example 2). The purified protein was isolated as a lyophilized solid or in a solution of 50 mM sodium acetate buffer at pH 4.5. The latter buffer system was chosen because the pH is suitable for hydrazone bond formation reactions. A fixed amount (250 μg, 200 μL) of Grb2 SH2 C-terminal hydrazide dissolved in 50 mM sodium acetate at pH 4.5 was added directly to the sample of CH 3 COCO-Lys (Fl) to bring the final concentration of the fluorophore to about 0. 3 mM. The reaction was incubated at room temperature and observed by SDS-PAGE. As a control, CH 3 COCO-Lys (Fl) was incubated under the same conditions with a protein similar in size to cytochrome C, ie Grb2-SH2, but without the hydrazide functional group.

SDS−PAGE分析の結果は、Grb2−SH2C末端ヒドラジドが、分子量が明らかに増えた単一のタンパク質種(約1000〜2000Da大きい)へと変換されたことから示されるように、CHCOCO−Lys(Fl)が、Grb2−SH2C末端ヒドラジドと実際に連結したことを示している(図12)。反応物をSDS−PAGE分析した後、ゲルの蛍光画像化により、新しく形成された反応生成物がフルオレセイン標識を含有していること、およびその反応物が清浄であり、単一の蛍光タンパク質生成物のみが形成されていることが確認された(図14)。24時間後に、反応は実質的に完了し、反応生成物はこれらの条件下で安定なようである。 The results of the SDS-PAGE analysis indicate that the Grb2-SH2C-terminal hydrazide has been converted to a single protein species (approximately 1000-2000 Da larger) with apparently increased molecular weight, as shown in CH 3 COCO-Lys. (Fl) is actually linked to the Grb2-SH2C terminal hydrazide (FIG. 12). After SDS-PAGE analysis of the reaction, gel fluorescence imaging confirmed that the newly formed reaction product contained a fluorescein label and that the reaction was clean and a single fluorescent protein product. Only the formation was confirmed (FIG. 14). After 24 hours, the reaction is substantially complete and the reaction product appears stable under these conditions.

一方、実験の時間経過の中で、チトクロムCの変化は観察されず、すなわちライゲーションが起こらず(図13)、いかなる蛍光タンパク質生成物の形成も全くなかった(図14)。したがって、これは、ライゲーション反応がGrb2 SH2のC末端ヒドラジド官能基で起こっており、組換えタンパク質の部位特異的なC−末端蛍光標識をもたらすことを証明している。反応の48時間後に、Grb2 SH2とのライゲーション反応から得られた生成物をHPLCによって単離した。ESMSにより測定したこの生成物の質量から、タンパク質に1つのフルオレセイン基が付加されていることが確認された。   On the other hand, no change in cytochrome C was observed over the course of the experiment, ie no ligation occurred (FIG. 13) and no formation of any fluorescent protein product (FIG. 14). This therefore demonstrates that the ligation reaction occurs at the C-terminal hydrazide functional group of Grb2 SH2, resulting in a site-specific C-terminal fluorescent label of the recombinant protein. After 48 hours of reaction, the product obtained from the ligation reaction with Grb2 SH2 was isolated by HPLC. From the mass of the product measured by ESMS, it was confirmed that one fluorescein group was added to the protein.

別の実施例では、凍結乾燥したGrb2 SH2C末端ヒドラジドを直接pH4.5の100mM酢酸ナトリウムに溶解させ、CHCOCO−Lys(Fl)に加えた。いくらかタンパク質の沈殿が観察されたが、タンパク質の可溶性画分は、前述の予想された方式でCHCOCO−Lys(Fl)と反応した。 In another embodiment, dissolved in 100mM sodium acetate the Grb2 SH2C terminal hydrazide was directly lyophilized pH 4.5, was added to CH 3 COCO-Lys (Fl) . Although some protein precipitation was observed, the soluble fraction of the protein reacted with CH 3 COCO-Lys (Fl) in the expected manner described above.

代替の戦略では、Grb2 SH2C末端ヒドラジドの凍結乾燥サンプル(250μg)を40%水性アセトニトリル含有0.1%TFA(200μL)中に溶解させた。次に、この溶液をCHCOCO−Lys(Fl)のサンプルに加えて、フルオロフォアの最終濃度を約0.3mMとした。溶液を室温でインキュベーションし、反応物を定期的に分析した。SDS−PAGE分析により、標識化反応がこれらの条件下で清浄に、かつ迅速に起こっていることが示された(図15)。Grb2 SH2C末端ヒドラジドは、所望の生成物の分子量であると予想される明らかに増えた分子量を有する単一のタンパク質種に変換されており、この新しく形成されたタンパク質は、UVランプ下で可視化すると緑蛍光色を呈した。この反応生成物のESMSから、タンパク質にフルオレセイン分子1つが付加されていることが確認された。反応は4時間後に実質的に完了し、長時間のインキュベーションはライゲーション生成物の形成に有害なようである。 In an alternative strategy, a lyophilized sample (250 μg) of Grb2 SH2 C-terminal hydrazide was dissolved in 0.1% TFA (200 μL) containing 40% aqueous acetonitrile. Next, this solution was added to a sample of CH 3 COCO-Lys (Fl) , the final concentration of the fluorophore was about 0.3 mM. The solution was incubated at room temperature and the reaction was analyzed periodically. SDS-PAGE analysis showed that the labeling reaction occurred cleanly and rapidly under these conditions (FIG. 15). The Grb2 SH2C-terminal hydrazide has been converted to a single protein species with a clearly increased molecular weight expected to be the molecular weight of the desired product, and this newly formed protein is visualized under a UV lamp. A green fluorescent color was exhibited. From the ESMS of this reaction product, it was confirmed that one fluorescein molecule was added to the protein. The reaction is substantially complete after 4 hours, and prolonged incubation appears to be detrimental to ligation product formation.

実施例6−C末端にヒドラジドを含む組換えタンパク質への、アルデヒドおよびケトンを含むペプチドおよび標識のライゲーション:MBPのフルオレセイン標識
さらなる例証として、記述した方法を用いて、フルオレセインによりMBPを部位特異的にC末端標識した。凍結乾燥した組換えC末端ヒドラジドMBPのサンプル(250μg)(MBP−VMA−CBD融合タンパク質前駆体のヒドラジン切断により生成させた)を0.1%TFA含有40%水性アセトニトリル(200μL)中に溶解させた。次に、この溶液をCHCOCO−Lys(Fl)のサンプルに加えて、フルオロフォアの最終濃度を約0.3mMとした。次に反応物を室温でインキュベーションし、SDS−PAGEによって定期的に分析した。
Example 6 Ligation of peptides and labels containing aldehydes and ketones to recombinant proteins containing hydrazide at the C-terminus: Fluorescein labeling of MBP As a further illustration, MBP is site-specifically directed by fluorescein using the method described. C-terminally labeled. Lyophilized recombinant C-terminal hydrazide MBP sample (250 μg) (generated by hydrazine cleavage of MBP-VMA-CBD fusion protein precursor) was dissolved in 40% aqueous acetonitrile (200 μL) containing 0.1% TFA. It was. Next, this solution was added to a sample of CH 3 COCO-Lys (Fl) , the final concentration of the fluorophore was about 0.3 mM. The reaction was then incubated at room temperature and analyzed periodically by SDS-PAGE.

SDS−PAGE分析により、約42KDaの分子量を有する単一の緑蛍光の種の形成によって示されるように、これらの条件下でフルオレセイン標識化反応が起こっていることが示された。48時間後の反応混合物のMALDI分析の結果は、MBPへのフルオレセイン分子1つの付加と一致していた。   SDS-PAGE analysis showed that a fluorescein labeling reaction occurred under these conditions, as indicated by the formation of a single green fluorescent species having a molecular weight of about 42 KDa. The results of MALDI analysis of the reaction mixture after 48 hours were consistent with the addition of one fluorescein molecule to MBP.

要約すると、本発明は、タンパク質ライゲーションおよびタンパク質標識の新規な方法を提供する。これらは、合成および組換えの双方により誘導したタンパク質断片を位置選択的な方式で、効率的に相互を結合させることを可能にする。したがって、これは、合成および組換えの断片の組合せ物から大型のタンパク質を構築することを可能にし、また、前例のない方式でどんなサイズのタンパク質でも部位特異的に修飾することを可能にする。30、000個のヒト遺伝子が、翻訳後修飾を通して数十万の様々なタンパク質種を生じることを考慮すると、これは、生物科学および生物医学ならびに薬物発見にとって非常に重要である。翻訳後に修飾されたこのようなタンパク質は、現在の組換え技術によっては評価することができない。   In summary, the present invention provides a novel method for protein ligation and protein labeling. These allow protein fragments derived by both synthesis and recombination to be efficiently linked together in a regioselective manner. This therefore allows large proteins to be constructed from a combination of synthetic and recombinant fragments, and allows site-specific modification of any size protein in an unprecedented manner. Considering that 30,000 human genes yield hundreds of thousands of different protein species through post-translational modifications, this is very important for bioscience and biomedicine and drug discovery. Such proteins that have been post-translationally modified cannot be evaluated by current recombinant techniques.

このようなタンパク質ライゲーション技術の応用は、タンパク質に基づく手法およびタンパク質治療のために、また、デノボ設計(新規設計)において使用することができ、これまで不可能であった生物科学および生物医学の多くの新しい道を切り開くことができる。   The application of such protein ligation technology can be used for protein-based approaches and protein therapies, and in de novo design (new design), much of the bioscience and biomedicine that has not been possible before. Can open up new ways.

本明細書中で参照したすべての文献は、本明細書に参照により組み込まれている。本発明の範囲および趣旨から逸脱しない、記述した本発明の実施形態の様々な改変法および変形法が、当業者には明らかであろう。特定の好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、特許請求の範囲に記載されている本発明はこれら特定の実施形態に過度に限定されるべきではないことを理解すべきである。実際に、当業者には明らかである、説明した本発明を実施する形態の様々な改変法は、本発明に包含されるものとする。   All documents referred to herein are hereby incorporated by reference. Various modifications and variations of the described embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Although the invention has been described in terms of particular preferred embodiments, it is to be understood that the invention as claimed should not be unduly limited to these specific embodiments. Indeed, various modifications of the described modes for carrying out the invention which are obvious to those skilled in the art are intended to be encompassed by the present invention.

化学ライゲーションの一般的原理を概略的に示す図である。FIG. 2 schematically shows the general principle of chemical ligation. タンパク質スプライシングの機序を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the mechanism of protein splicing. C末端がチオエステルである組換えタンパク質の生成を示す図である。It is a figure which shows the production | generation of the recombinant protein whose C terminal is a thioester. タンパク質およびペプチドのチオエステルと、標識、ペプチド、およびタンパク質などのヒドラジンおよびアミノオキシ含有単位とのライゲーションを示す図である。FIG. 2 shows ligation of protein and peptide thioesters with hydrazine and aminooxy-containing units such as labels, peptides, and proteins. チオエステル含有分子とライゲーションさせるための合成および組換えペプチドヒドラジドの生成を示す図である。ペプチドまたは標識がチオエステルのアシル置換基であることに留意されたい。FIG. 4 shows synthesis and production of recombinant peptide hydrazide for ligation with thioester-containing molecules. Note that the peptide or label is an acyl substituent of the thioester. アルデヒドおよびケトンを含有する分子とライゲーションさせるための組換えペプチドヒドラジドの生成を示す図である。FIG. 5 shows the production of recombinant peptide hydrazide for ligation with molecules containing aldehydes and ketones. DTTおよびMESNAで処理したGrb2−SH2−GyrA−CBD(キチンビーズ上に固定化)のSDS−PAGE分析の結果を示す写真である。分子量マーカー(レーン1);キチンビーズ上に固定化した精製Grb2−SH2−GyrA−CBD(レーン4)。100mM DTT(レーン5および7)または120mM MESNA(レーン8および10)で処理したGrb2−SH2−GyrA−CBD。反応スラリー全体(レーン5および8)と反応上清(レーン7および10)の双方を分析した。It is a photograph which shows the result of SDS-PAGE analysis of Grb2-SH2-GyrA-CBD (immobilized on chitin beads) treated with DTT and MESNA. Molecular weight marker (lane 1); purified Grb2-SH2-GyrA-CBD immobilized on chitin beads (lane 4). Grb2-SH2-GyrA-CBD treated with 100 mM DTT (lanes 5 and 7) or 120 mM MESNA (lanes 8 and 10). Both the entire reaction slurry (lanes 5 and 8) and the reaction supernatant (lanes 7 and 10) were analyzed. ヒドラジンで処理したGrb2−SH2−GyrA−CBD(キチンビーズ上に固定化)のSDS−PAGE分析の結果を示す写真である。分子量マーカー(レーン1);リン酸緩衝液のみで20時間処理した後の、キチンビーズ上に固定化した精製Grb2−SH2−GyrA−CBD(レーン2)。リン酸緩衝液に溶かした200mMヒドラジンで20時間処理したGrb2−SH2−GyrA−CBD。反応スラリー全体を分析した。It is a photograph which shows the result of the SDS-PAGE analysis of Grb2-SH2-GyrA-CBD (immobilized on chitin beads) treated with hydrazine. Molecular weight marker (lane 1); purified Grb2-SH2-GyrA-CBD (lane 2) immobilized on chitin beads after treatment with phosphate buffer alone for 20 hours. Grb2-SH2-GyrA-CBD treated with 200 mM hydrazine dissolved in phosphate buffer for 20 hours. The entire reaction slurry was analyzed. C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2誘導体のESMSスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the ESMS spectrum of the Grb2-SH2 derivative whose C terminal is hydrazide. 合成のケトン含有CHCOCO−mycペプチドと、C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2およびチトクロムCとの反応をSDS−PAGE分析した結果を示す写真である。分子量マーカー(レーン1);C末端がDTTチオエステルであるGrb2−SH2(レーン2)。時間t=0(時間)(レーン3)、t=24(時間)(レーン4)、t=48(時間)(レーン5)、t=72(時間)(レーン6)における、C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2とCHCOCO−mycとの反応。時間t=0(時間)(レーン7)、t=24(時間)(レーン8)、t=48(時間)(レーン9)、t=72(時間)(レーン10)における、チトクロムCとCHCOCO−mycとの反応。A ketone-containing CH 3 COCO-myc peptide synthesis is a photograph showing the results of SDS-PAGE analysis of the reaction with the C-terminal hydrazide Grb2-SH2 and cytochrome C. Molecular weight marker (lane 1); Grb2-SH2 (lane 2) in which the C-terminus is a DTT thioester. At time t = 0 (hour) (lane 3), t = 24 (hour) (lane 4), t = 48 (hour) (lane 5), t = 72 (hour) (lane 6), the C-terminal is hydrazide Reaction of Grb2-SH2 with CH 3 COCO-myc. Cytochrome C and CH at time t = 0 (hour) (lane 7), t = 24 (hour) (lane 8), t = 48 (hour) (lane 9), t = 72 (hour) (lane 10) 3 Reaction with COCO-myc. CHCOCO−Lys(Fl)の構造を示す図である。5−カルボキシフルオレセインの位置異性体を示す。CH 3 illustrates the structure of COCO-Lys (Fl). The regioisomer of 5-carboxyfluorescein is shown. pH4.5の50mM酢酸ナトリウム緩衝液中でのCHCOCO−Lys(Fl)とC末端がヒドラジドであるGrb2−SH2との反応をSDS−PAGE分析した結果を示す写真である。分子量マーカー(レーン1);C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2(レーン2)。時間t=4(時間)(レーン3)、t=24(時間)(レーン4)、t=48(時間)(レーン5)における、C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2とCHCOCO−Lys(Fl)との反応。The reaction between CH 3 COCO-Lys (Fl) and C-terminal hydrazide Grb2-SH2 in a 50mM sodium acetate buffer at pH4.5 is a photograph showing the results of SDS-PAGE analysis. Molecular weight marker (lane 1); Grb2-SH2 (lane 2) in which the C-terminus is hydrazide. Grb2-SH2 and CH 3 COCO-Lys in which C-terminal is hydrazide at time t = 4 (hour) (lane 3), t = 24 (hour) (lane 4), and t = 48 (hour) (lane 5) Reaction with (Fl). pH4.5の100mM酢酸ナトリウム緩衝液中でのCHCOCO−Lys(Fl)とチトクロムCとの反応をSDS−PAGE分析した結果を示す写真である。分子量マーカー(レーン1);チトクロムC(レーン2)。時間t=4(時間)(レーン3)、t=24(時間)(レーン4)、t=48(時間)(レーン5)における、チトクロムCとCHCOCO−Lys(Fl)との反応。 CH 3 COCO-Lys in a 100mM sodium acetate buffer pH4.5 and (Fl) the reaction of the cytochrome C is a photograph showing the results of SDS-PAGE analysis. Molecular weight marker (lane 1); cytochrome C (lane 2). Reaction of cytochrome C with CH 3 COCO-Lys (Fl) at time t = 4 (hour) (lane 3), t = 24 (hour) (lane 4), t = 48 (hour) (lane 5). pH4.5の50mM酢酸ナトリウム緩衝液中での、CHCOCO−Lys(Fl)と、C末端がヒドラジドであるGrb2−SH2との反応およびチトクロムCとの反応をSDS−PAGE分析した結果を示す写真である。(A)ゲルの全タンパク質の染色。このクーマシー染色(A)をする前に、緑蛍光に対してゲルを画像化した(B)。分子量マーカー(レーン1);C末端がヒドラジドであるGrb2 SH2(レーン2);時間t=4(時間)(レーン3)、t=24(時間)(レーン4)、t=48(時間)(レーン5)における、C末端がヒドラジドであるGrb2 SH2とCHCOCO−Lys(Fl)との反応。チトクロムC(レーン6);時間t=4(時間)(レーン7)、t=24(時間)(レーン8)、t=48(時間)(レーン9)における、チトクロムCとCHCOCO−Lys(Fl)との反応。FIG. 6 shows the results of SDS-PAGE analysis of the reaction of CH 3 COCO-Lys (Fl) with Grb2-SH2 having C-terminal hydrazide and cytochrome C in 50 mM sodium acetate buffer at pH 4.5. It is a photograph. (A) Staining of total protein in the gel. Prior to this Coomassie staining (A), the gel was imaged against green fluorescence (B). Molecular weight marker (lane 1); Grb2 SH2 having C-terminal hydrazide (lane 2); time t = 4 (hour) (lane 3), t = 24 (hour) (lane 4), t = 48 (hour) ( reaction in lane 5), and C-terminal hydrazide Grb2 SH2 and CH 3 COCO-Lys (Fl) . Cytochrome C (lane 6); cytochrome C and CH 3 COCO-Lys at time t = 4 (hour) (lane 7), t = 24 (hour) (lane 8), t = 48 (hour) (lane 9) Reaction with (Fl). 0.1%TFA含有40%水性アセトニトリル中でのCHCOCO−Lys(Fl)とC末端がヒドラジドであるGrb2 SH2との反応をSDS−PAGE分析した結果を示す写真である。反応4時間後(レーン1)、24時間後(レーン2)、48時間後(レーン3)、およびC末端がヒドラジドであるGrb2−SH2(レーン4)Is a photograph showing a CH 3 COCO-Lys (Fl) and a result of the reaction of the C-terminal hydrazide Grb2 SH2 was SDS-PAGE analysis in 0.1% TFA-containing 40% aqueous acetonitrile. 4 hours after the reaction (lane 1), 24 hours (lane 2), 48 hours (lane 3), and Grb2-SH2 in which the C-terminus is hydrazide (lane 4)

Claims (26)

a)反応性部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップであって、前記反応性部分が、ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分であるステップと、
b)活性化エステル部分を有する第2のオリゴペプチドを提供するステップであって、前記活性化エステル部分が、チオエステル部分、フェノールエステル部分、ヒドロキシスクシンイミド部分、またはO−アシルイソ尿素部分であるステップと、
c)第1のオリゴペプチドの反応性部分を、第2のオリゴペプチドの活性化エステル部分と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチド生成物を作製する方法。
Figure 0004637838
a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety , wherein the reactive moiety is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety ;
b) providing a second oligopeptide having an activated ester moiety , wherein the activated ester moiety is a thioester moiety, a phenol ester moiety, a hydroxysuccinimide moiety, or an O-acylisourea moiety ;
c) reacting the reactive moiety of the first oligopeptide with the activated ester moiety of the second oligopeptide, via the linking moiety of formula I, formula II, or formula III Forming an oligopeptide product in which the peptide and the second oligopeptide are linked together.
Figure 0004637838
前記活性化エステル部分が末端の活性化エステル部分であり、前記末端の活性化エステル部分がチオエステルであり、前記第2のオリゴペプチドがチオエステルのアシル置換基である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the activated ester moiety is a terminal activated ester moiety, the terminal activated ester moiety is a thioester, and the second oligopeptide is a thioester acyl substituent. 前記第2のオリゴペプチドが、N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチドを含む前駆体分子のチオール試薬依存性切断により生成される、請求項2に記載の方法。3. The method of claim 2, wherein the second oligopeptide is generated by thiol reagent dependent cleavage of a precursor molecule comprising a second oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus. a)反応性部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップであって、前記反応性部分が、ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分であるステップと、
b)i)N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供し、
(ii)前駆体分子にチオール試薬依存性切断を起こさせて、C末端にチオエステル部分を有する第2のオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
c)第1のオリゴペプチドの反応性部分を、第2のオリゴペプチド分子と反応させて、式I、II、またはIIIで表される連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチド生成物を作製する方法。
Figure 0004637838
a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety , wherein the reactive moiety is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety ;
b) i) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a second oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
(Ii) subjecting the precursor molecule to thiol reagent dependent cleavage to produce a second oligopeptide molecule having a thioester moiety at the C-terminus;
c) reacting the reactive part of the first oligopeptide with the second oligopeptide molecule, via the linking moiety of formula I, II, or III, the first oligopeptide and the second oligo Forming an oligopeptide product in which the peptide is linked to form an oligopeptide product.
Figure 0004637838
前記反応性部分がアミノオキシ部分であり、前記活性化エステル部分がチオエステルである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。5. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the reactive moiety is an aminooxy moiety and the activated ester moiety is a thioester. 前記第1のオリゴペプチドが、ヒドラジンと、チオエステル部分を介してN末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチド前駆体を含む前駆体分子との反応によって作製される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。Wherein the first oligopeptide, with hydrazine, is prepared by reaction of the precursor molecule comprising an oligopeptide precursor that is fused to the intein domain at the N-terminus via a thioester moiety, any of claims 1 to 4 the method according to one paragraph or. a)ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分である反応性部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
(c)第1のオリゴペプチドの反応性部分を、オリゴペプチド前駆体分子と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチド生成物を作製する方法。
Figure 0004637838
a) providing a first oligopeptide having a reactive moiety that is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a second oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
(C) reacting the reactive portion of the first oligopeptide with the oligopeptide precursor molecule to form the first oligopeptide and the second through a linking moiety of formula I, formula II, or formula III. Forming an oligopeptide product in which the oligopeptide is linked to a method of producing an oligopeptide product.
Figure 0004637838
前記第1のオリゴペプチドまたは前記第2のオリゴペプチドが組換えオリゴペプチドであり、前記第1のオリゴペプチドおよび前記第2のオリゴペプチドの他方が合成ポリペプチドである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。Wherein the first oligopeptide or the second oligopeptide is a recombinant oligopeptide, the first oligopeptide and the other of said second oligopeptide is a synthetic polypeptide, the Motomeko 1-7 The method according to any one of the above. 前記第1のオリゴペプチドおよび前記第2のオリゴペプチドが組換えオリゴペプチドである、請求項1からのいずれか一項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first oligopeptide and the second oligopeptide are recombinant oligopeptides. 前記第1のオリゴペプチドおよび前記第2のオリゴペプチドが合成オリゴペプチドである、請求項1からのいずれか一項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first oligopeptide and the second oligopeptide are synthetic oligopeptides. (a)N末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチドを含むタンパク質分子を提供するステップと、
(b)インテインドメインがオリゴペプチドから切断されてタンパク質ヒドラジドを生成するように、前記タンパク質分子をヒドラジンと反応させるステップと
を含む、タンパク質ヒドラジドを生成させる方法。
Providing a protein component child comprising (a) an oligopeptide which is fused to the intein domain at the N-terminus,
(B) reacting the protein molecule with hydrazine such that the intein domain is cleaved from the oligopeptide to produce a protein hydrazide.
前記方法のステップ(c)が、pH6.5〜7.5の範囲のpHで実施される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。The steps of the method (c) is carried out at a pH in the range of pH 6.5-7.5, the method according to any one of claims 1 to 10. a)アルデヒドまたはケトン部分を有する第1のオリゴペプチドを提供するステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されている第2のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)前記オリゴペプチド前駆体分子をヒドラジンと反応させて、末端にヒドラジド部分を有するオリゴペプチド中間体を含むオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
d)第1のオリゴペプチドのアルデヒドまたはケトン部分を、オリゴペプチド中間体分子のヒドラジド部分と反応させて、ヒドラゾン連結部分を介して第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチド生成物を作製する方法。
a) providing a first oligopeptide having an aldehyde or ketone moiety;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a second oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) reacting said oligopeptide precursor molecule with hydrazine to produce an oligopeptide molecule comprising an oligopeptide intermediate having a hydrazide moiety at the end;
d) The first oligopeptide and the second oligopeptide are linked via a hydrazone linking moiety by reacting the aldehyde or ketone moiety of the first oligopeptide with the hydrazide moiety of the oligopeptide intermediate molecule. Forming an oligopeptide product. The method of making an oligopeptide product.
求項1〜13のいずれか一項に記載の方法によって作製されるオリゴペプチド生成物であって、式II、または式IIIで表される連結部分を介して前記第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されているオリゴペプチド生成物。
Figure 0004637838
A oligopeptide product produced by the method according to any one of Motomeko 1-13, the said first oligopeptide via a linking moiety having Formula II or Formula III, An oligopeptide product in which two oligopeptides are linked.
Figure 0004637838
a)反応性部分を有する標識分子を提供するステップであって、前記反応性部分が、ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分であるステップと、
b)活性化エステル部分を有するオリゴペプチドを提供するステップであって、前記活性化エステル部分が、チオエステル部分、フェノールエステル部分、ヒドロキシスクシンイミド部分、またはO−アシルイソ尿素部分であるステップと、
c)標識分子の反応性部分を、オリゴペプチドの活性化エステル部分と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている、標識されたオリゴペプチドを形成させるステップと
を含む、オリゴペプチドを標識する方法。
Figure 0004637838
a) providing a labeled molecule having a reactive moiety , wherein the reactive moiety is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety ;
b) providing an oligopeptide having an activated ester moiety , wherein the activated ester moiety is a thioester moiety, a phenol ester moiety, a hydroxysuccinimide moiety, or an O-acylisourea moiety ;
c) reacting the reactive moiety of the labeled molecule with the activated ester moiety of the oligopeptide to link the labeled molecule and the oligopeptide via a linking moiety represented by Formula I, Formula II, or Formula III. Forming a labeled oligopeptide comprising: labeling the oligopeptide.
Figure 0004637838
ステップ(c)において、前記標識分子および前記オリゴペプチドが式IIで表される連結部分を介して連結され、ステップ(b)の前記活性化エステル部分がチオエステルではなく、前記活性化エステルが末端の活性化エステル部分である、請求項15に記載の方法。In step (c), the labeled molecule and the oligopeptide are linked via a linking moiety represented by formula II, wherein the activated ester moiety in step (b) is not a thioester and the activated ester is terminal. The method of claim 15 , wherein the method is an activated ester moiety. a)アシル置換基である、活性化エステル部分を有する標識分子を提供するステップであって、前記活性化エステル部分が、チオエステル部分、フェノールエステル部分、ヒドロキシスクシンイミド部分、またはO−アシルイソ尿素部分であるステップと、
b)反応性部分を有するオリゴペプチドを提供するステップであって、前記反応性部分が、ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分であるステップと、
c)標識分子の活性化エステル部分を、オリゴペプチドの反応性部分と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチドを形成させるステップと
を含む、オリゴペプチドを標識する方法であって、
ステップ(c)において前記標識分子およびオリゴペプチドが、式IIで表される連結部分を介して連結され、ステップ(b)の前記活性化エステル部分がチオエステルではなく、前記活性化エステルが末端の活性化エステル部分である方法。
Figure 0004637838
a) providing a labeled molecule having an activated ester moiety that is an acyl substituent , wherein the activated ester moiety is a thioester moiety, a phenol ester moiety, a hydroxysuccinimide moiety, or an O-acylisourea moiety. Steps ,
b) providing an oligopeptide having a reactive moiety , wherein the reactive moiety is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety ;
c) reacting the activated ester moiety of the labeled molecule with the reactive moiety of the oligopeptide to link the labeled molecule to the oligopeptide via a linking moiety represented by Formula I, Formula II, or Formula III. Forming a labeled oligopeptide comprising the steps of:
In step (c), the labeled molecule and oligopeptide are linked via a linking moiety represented by formula II, wherein the activated ester moiety in step (b) is not a thioester and the activated ester is terminally active. A method wherein the esterified ester moiety.
Figure 0004637838
前記オリゴペプチドが、ヒドラジンと、チオエステル部分を介してN末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチド前駆体を含む前駆体分子との反応によって作製される、請求項17に記載の方法。18. The method of claim 17 , wherein the oligopeptide is made by reaction of hydrazine with a precursor molecule comprising an oligopeptide precursor fused to the intein domain at the N-terminus via a thioester moiety. a)反応性部分を有する標識を提供するステップであって、前記反応性部分が、ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分であるステップと、
b)(i)N末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供し、
(ii)前駆体分子にチオール試薬依存性切断を起こさせて、C末端にチオエステル部分を有するオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
c)標識の反応性部分を、オリゴペプチド分子と反応させて、式I、II、またはIIIで表される連結部分を介して標識とオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチドを形成させるステップと
を含む、オリゴペプチドを標識する方法。
Figure 0004637838
a) providing a label having a reactive moiety , wherein the reactive moiety is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety ;
b) (i) providing an oligopeptide precursor molecule comprising an oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
(Ii) causing a thiol reagent-dependent cleavage of the precursor molecule to produce an oligopeptide molecule having a thioester moiety at the C-terminus;
c) reacting the reactive part of the label with an oligopeptide molecule to form a labeled oligopeptide in which the label and oligopeptide are linked via a linking moiety of formula I, II, or III And a step of labeling the oligopeptide.
Figure 0004637838
前記反応性部分がアミノオキシ部分であり、前記活性化エステル部分がチオエステルである、請求項15から17のいずれか一項に記載の方法。18. A method according to any one of claims 15 to 17 wherein the reactive moiety is an aminooxy moiety and the activated ester moiety is a thioester. 前記反応性部分がアミノオキシ部分である、請求項19に記載の方法。20. The method of claim 19 , wherein the reactive moiety is an aminooxy moiety. a)反応性部分を有する標識分子を提供するステップであって、前記反応性部分が、ヒドラジン部分、ヒドラジド部分、またはアミノオキシ部分であるステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されているオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)標識分子の反応性部分を、オリゴペプチド前駆体分子と反応させて、式I、式II、または式IIIで表される連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチドを標識する方法。
Figure 0004637838
a) providing a labeled molecule having a reactive moiety , wherein the reactive moiety is a hydrazine moiety, a hydrazide moiety, or an aminooxy moiety ;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising an oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) A label in which a reactive part of a label molecule is reacted with an oligopeptide precursor molecule, and the label molecule and the oligopeptide are linked via a linking moiety represented by Formula I, Formula II, or Formula III Forming an oligopeptide product comprising: labeling the oligopeptide.
Figure 0004637838
前記方法のステップ(c)が、pH6.5〜7.5の範囲のpHで実施される、請求項15から22のいずれか一項に記載の方法。23. A method according to any one of claims 15 to 22 , wherein step (c) of the method is carried out at a pH in the range of pH 6.5 to 7.5. a)アルデヒドまたはケトン部分を有する標識分子を提供するステップと、
b)N末端でインテインドメインに融合されている第1のオリゴペプチドを含むオリゴペプチド前駆体分子を提供するステップと、
c)前記オリゴペプチド前駆体分子をヒドラジンと反応させて、末端にヒドラジド部分を有するオリゴペプチド中間体を含むオリゴペプチド分子を生成させるステップと、
d)標識分子のアルデヒドまたはケトン部分を、オリゴペプチド中間体分子のヒドラジド部分と反応させて、ヒドラゾン連結部分を介して標識分子とオリゴペプチドとが連結されている、標識されたオリゴペプチド生成物を形成させるステップと
を含む、オリゴペプチドを標識する方法。
a) providing a labeled molecule having an aldehyde or ketone moiety;
b) providing an oligopeptide precursor molecule comprising a first oligopeptide fused to the intein domain at the N-terminus;
c) reacting said oligopeptide precursor molecule with hydrazine to produce an oligopeptide molecule comprising an oligopeptide intermediate having a hydrazide moiety at the end;
d) reacting the aldehyde or ketone moiety of the labeled molecule with the hydrazide moiety of the oligopeptide intermediate molecule to produce a labeled oligopeptide product in which the labeled molecule and oligopeptide are linked via a hydrazone linking moiety. Forming the oligopeptide, comprising the step of forming.
前記アルデヒドまたはケトン部分がα−ジケトンまたはα−ケト−アルデヒド基である、請求項13または請求項24に記載の方法。25. A method according to claim 13 or claim 24 , wherein the aldehyde or ketone moiety is an [alpha] -diketone or [alpha] -keto-aldehyde group. 請求項15から25のいずれか一項に記載の方法によって作製された、標識されたオリゴペプチドであって、式II、または式IIIで表される連結部分を介して前記第1のオリゴペプチドと第2のオリゴペプチドとが連結されている標識されたオリゴペプチド。
Figure 0004637838
26. A labeled oligopeptide produced by the method according to any one of claims 15 to 25 , wherein the labeled oligopeptide is linked to the first oligopeptide via a linking moiety represented by formula II or formula III. A labeled oligopeptide linked to a second oligopeptide.
Figure 0004637838
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